DE102011100997A1

DE102011100997A1 - Hochleistungs-Stereo-Mikroskop mit verbesserter Auflösung

Info

Publication number: DE102011100997A1
Application number: DE102011100997A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: DE102011100997B4

Abstract

Hochleistungs-Stereomikroskop vom Teleskop-Typ mit einem ersten Strahlengang und einem zweiten Strahlengang, wobei im ersten Strahlengang eine erste Einblickeinheit und im zweiten Strahlengang eine zweite Einblickeinheit für den visuellen Einblick angeordnet ist, und im ersten Strahlengang eine erstes Fernrohrsystem und im zweiten Strahlengang ein zweites Fernrohrsystem angeordnet ist, und die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme annähernd gleich und zueinander veränderbar sind, und den beiden Strahlengängen ein CMO-Objektiv zugeordnet ist, wobei das erste Fernrohrsystem eine größere Eintrittspupille als die Eintrittspupille des zweiten Fernrohrsystems aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittspupille des ersten Fernrohrsystems die Eintrittspupille des zweiten Fernrohrsystems ganz oder teilweise einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochleistungs-Stereo-Mikroskop mit verbesserter Auflösung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekannte Stereomikroskope haben eine begrenzte Auflösung. Ein Stereomikroskop kann nach Greenough mit jeweils einem Objektiv pro Stereokanal oder als Teleskop-Typ mit einem für beide Stereokanäle gemeinsamen CMO Objektiv ausgebildet sein. Die Auflösungsgrenze von Stereomikroskopen ist: Auflösung = 3000·NA (Lp/mm) Gleichung 1 wobei Lp/mm für Linienpaare pro Millimeter steht und NA die numerische Apertur bezeichnet, die sich im vorliegenden Fall aus: NA = EP/(2·f) Gleichung 2 ergibt, wobei EP den Durchmesser der Eintrittspupille (32L oder 32R) des Fernrohrsystems (3L oder 3R) bezeichnet, und f die Brennweite des CMO Objektivs (Abstand 12 in 7) bezeichnet.
Die Entwicklungsgeschichte von Stereomikroskopen zeigt den Versuch, den wirksamen Durchmesser der beiden Fernrohrsysteme durch eine verbesserte mechanische Linsenfassung zu vergrössern. Man hat hierbei schnell die „mechanische” Grenze der Linsenfassungen erreicht, wobei der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems gleich der Hälfte des Durchmessers der Austrittspupille des CMO Objektivs ist.
Um diese Grenze weiter zu verschieben hat Leica Microsystems (Patent DE 10 2006 036 300 B4 ) eine unsymmetrische Anordnung vorgeschlagen. Bei diesem Patent haben die beiden Fernrohrsysteme unterschiedliche wirksame Durchmesser. Jedoch konnte die theoretisch mögliche optische Auflösung des CMO Objektivs, bestimmt durch dessen wirksamen Austrittspupillendurchmesser, bisher noch nicht erreicht, weil: ø AP CMO Objektiv = ø EP Fernrohrsystem R + ø EP Fernrohrsystem L wobei ø EP Fernrohrsystem R > ø EP Fernrohrsystem L wobei

AP: = Austrittspupille und
EP: = Eintrittspupille ist.

Der Durchmesser der Austrittspupille des CMO Objektivs ist größer als der Durchmesser der Summe der beiden Eintrittspupillen der beiden Fernrohrsysteme.
Daher ist für ein Stereomikroskop vom Teleskop-Typ (Leica Patent) die Auflösung begrenzt durch den Pupillendurchmesser des größten Stereo-Kanals (hier die Eintrittspupille des Fernrohrsystems R (rechts)).
Um die theoretische Grenze (Auflösung des CMO Objektivs) zu erreichen, sollte die Eintrittspupille des einen Fernrohrsystems gleich oder größer sein als die Austrittspupille des CMO Objektivs. Ohne Nutzung der nachfolgend erläuterten Erfindung kann nur ein hoch auflösendes Mikroskop ohne Stereobeobachtung geschaffen werden, da kein Raum für eine zweite Pupille bleibt. Um die Stereobeobachtung zu verwirklichen, muss erfindungsgemäß ein Teil des Strahlgangs des CMO Objektiv abgelenkt werden. Man bekommt die folgenden Bedingungen: ø EP Fernrohrsystem R ≥ ø AP CMO Objektiv und ø EP Fernrohrsystem R ≥ ø EP Fernrohrsystem L.
Bis heute war es jedoch nicht möglich, die zwei folgenden Vorteile in einem gleichen optischen Gerät zu vereinigen:

a) Stereobeobachtung bei gleichzeitig
b) höchster Auflösung des CMO Objektivs.

Um beide Forderungen zu erfüllen, konnte man deshalb nur zwei verschiedene optische Geräte verwenden:

a) Ein Stereomikroskop für die Stereobeobachtung mit einer „niedrigen” Auflösung (Auflösung von Stereomikroskop < Auflösung von CMO Objektiv).
b) Ein Mikroskop ohne Stereobeobachtung (Makroskop), um die „höchste” Auflösung (Auflösung von Mikroskop oder von Makroskop = Auflösung von CMO Objektiv) zu erreichen.

Die Erfindung geht hierbei vom Gegenstand der DE 10 2006 036 300 B4 aus, deren Offenbarungsinhalt in vollem Umfang von dem Offenbarungsinhalt der vorliegenden Erfindung umfasst sein soll.
Gemäß dem deutschen Patent DE 10 2006 036 300 B4 zeigen die dortigen Zeichnungen eine feste Stereobasis, d. h. gemäß den dortigen 2A und 2B ist ein synchrones und stufenloses Vergrößerungssystem (Zoom) für die zwei Fernrohrsysteme gegeben.
Die Eintrittspupillen des Fernrohrsystems rechts und links und die Austrittspupille des CMO Objektivs erfüllen die folgenden Bedingungen; (ø AP CMO Objektiv)/2 < ø EP Fernrohrsystem R < ø AP CMO Objektiv ø EP Fernrohrsystem L < (ø AP CMO Objektiv)/2
Daraus folgt ein unsymmetrischer Aufbau im Hinblick auf die Pupillen, weil ø EP Fernrohrsystem L < ø EP Fernrohrsystem R ø EP Fernrohrsystem L + ø EP Fernrohrsystem R < ø AP CMO Objektiv
Das Fernrohrsystem rechts ergibt das Auflösungsvermögen, weil dieser Kanal die grösste Eintrittspupille hat (im Vergleich mit der Eintrittspupille des Fernrohrsystems links). Folge: die Tiefenschärfe dieses Fernrohrsystem rechts ist schlecht (im Vergleich mit dem Fernrohrsystem links).
Das Fernrohrsystem links ergibt das Tiefenschärfevermögen, weil dieser Kanal die kleinste Eintrittspupille hat (im Vergleich mit der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts). Konsequenz: die Auflösung dieses Kanals FL ist schlecht (im Vergleich mit dem Fernrohrsystem rechts).
Der Binokulartubus des Stereomikroskops (1 und 2A) ergibt die Möglichkeit, die zwei Eigenschaften (Auflösung und Tiefenschärfe) aufgrund der Physiologie der menschlichen Wahrnehmung zu vereinigen. Die sich hieraus ergebenden Vorteile addieren sich gegenseitig. Im Gehirn des Beobachters ergibt sich am Ende ein Bild mit der besten Auflösung des Fernrohrsystems rechts, verbunden mit der besten Tiefenschärfe des Fernrohrsystems links. Die Kombination der beiden optischen Eigenschaften (Auflösung und Tiefenschärfe) basiert auf dem aus dem Leica Patent bekanntes Stereomikroskop mit unsymmetrischer Pupille.
Es ist ferner ein Stand der Technik gemäß dem US 4,492,441 A1 (Hopkins) bekannt, deren optisches System in den 3A, 3B und 3AA und 3BB gezeigt ist.
Der Abstand der optischen Achsen 33R und 33L wird als Stereobasis b bezeichnet. Die Stereo-Basis des Hopkins-Patentes ist variabel: Die Beobachtung funktioniert stufenlos von 0 mm Stereobasis bis auf einen bestimmten Wert.
Die Auflösung in einer Bild-Richtung verschlechtert sich allerdings, wenn sich die Stereobasis vergrößert. Das liegt an der unsymmetrischen Vignettierung, die durch die Prismenverschiebung erzeugt wird.
Die Pupille des CMO Objektivs ist weit von den Prismen entfernt, bedingt durch den langen optischen Weg infolge der großen Dimension der Prismen. Es ist unmöglich, in diesem Stereomikroskoptyp eine hohe Auflösung mit einer hohen Tiefenschärfe zu kombinieren, wie nachfolgend dargelegt wird:
Die zwei Fernrohrsysteme (rechts und links) haben die gleiche numerische Apertur und arbeiten symmetrisch. Die Folgen daraus sind: die zwei Fernrohrsysteme haben die gleichen Tiefenschärfe, die gleiche Auflösung (unsymmetrisch je nach Stereobasis-Wert und je nach X- oder Y-Richtung auf die Bildebene), gleiche Helligkeit und die gleiche Vignettierung.
Es ist zwar eine hohe Auflösung in der einen Richtung (zum Beispiel X-Richtung) gegeben. Durch die Vignettierung in der anderen Richtung (Y-Richtung) ergibt sich jedoch eine leichte Abschwächung der Auflösung in der Y-Richtung.
Der oben genannte Stand der Technik hat jedoch schwerwiegende Nachteile.
Bei der DE 10 2006 036 300 B4 wird vorausgesetzt, dass: EP Fernrohrsystem R = (ø AP CMO Objektiv) – (ø EP Fernrohrsystem L)
Um die Auflösung des Stereomikroskops zu verbessern, muss der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts vergrößert und in der Folge der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems links verkleinert werden.
Am Ende ist die Auflösung des Stereomikroskops gleich der Auflösung des CMO Objektivs, wenn der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems links null ist. Dann ist, wie oben dargelegt, keine Stereobeobachtung mehr möglich. Alternativ könnte der Durchmesser des CMO Objektivs vergrößert werden, wodurch das Gerät voluminös und das Objektiv aufwendig wird.
Bei der genannten US 4,492,441 A1 sind die Eintrittspupillen des Fernrohrsystems rechts und links sehr weit vom CMO Objektiv entfernt (notwendig wegen der Größe des Prismensystems): Dadurch ergibt sich ein sehr großer Abstand zwischen dem CMO Objektiv und den Fernrohrsystemen rechts und links.
Es bestehen technische Schwierigkeiten, ein solches Stereomikroskop herzustellen: Das großes Prisma ist schwierig herzustellen. Es bedarf zweier identischer Fernrohrsysteme mit grossen Eintrittspupillen. Die Auflösung steigt und wird symmetrisch (in X- und Y-Richtung bezogen auf das Bild), wenn sich die Stereobasis von einem maximalen Wert bis zu 0 mm verkleinert. Eine Reduzierung der Stereobasis bedeutet eine gleichmäßige Reduzierung der räumlichen Wahrnehmung (3D Effekt).
Die weite Entfernung der Eintrittspupillen der Fernrohrsysteme rechts und links des CMO Objektivs begrenzen wahrscheinlich den Zoom-Faktor, da bei schwacher Vergrößerungen infolge des auftretenden großen Bildwinkels eine Vignettierung zu erwarten ist.
Damit entsteht eine große Vignettierung in der Stereomikroskop-Position (bei ausreichender Stereobasis). Die unsymmetrische Vignettierung wirkt sich nachteilig auf die Auflösung aus.
Die Verschiebung der Einheit (Strahlenteiler + CMO Objektiv) längs der optischen Achse vergrößert die Entfernung von der Austrittspupille des CMO Objektivs. Um die Stereo Basis zu ändern (von 0 auf einen bestimmten Wert) müssen schwere Komponenten bewegt werden:

• entweder die eine Gruppe (Binokular-Tubus, Fernrohrsystem und das lenkbare Prisma) ohne Änderung des Arbeitsabstandes vom CMO Objektiv,
• oder die andere Gruppe (Strahlenteiler + CMO Objektiv), allerdings mit einer Änderung des Abstandes „Objekt – CMO Objektiv”,
• oder die Gruppe „Strahlenteiler.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Hochleistungs-Stereo-Mikroskop nach der DE 10 2006 036 300 B4 mit einer verbesserten Auflösung auszurüsten.
Ausgehend von dem Stand der Technik nach der DE 10 2006 036 300 B4 hat die Erfindung deshalb folgende gemeinsame Merkmale mit dieser Druckschrift:
Hochleistungs-Stereomikroskop (60) vom Teleskop-Typ mit einem ersten Strahlengang (60R) und einem zweiten Strahlengang (60L), wobei im ersten Strahlengang (60R) eine erste Einblickeinheit (4R) und im zweiten Strahlengang eine zweite Einblickeinheit (4L) für den visuellen Einblick angeordnet ist, und im ersten Strahlengang (60R) eine erstes Fernrohrsystem (3R oder 3UR) und im zweiten Strahlengang ein zweites Fernrohrsystem (3L) angeordnet ist, und die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme (3R oder 3UR, und 3L) annähernd gleich und synchron zueinander veränderbar sind, und beiden Strahlengängen (60R, 60L) eine gemeinsames CMO Objektiv (2) zugeordnet ist, bei dem mindestens ein optisches Element (31R, 35R) des ersten Fernrohrsystems (3R) im Vergleich zum entsprechenden optischen Element (31L, 35L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) einen anderen optisch wirksamen Durchmesser aufweist.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass nunmehr ein Stereomikroskop mit mindestens teilweise sich überlappenden Eintrittspupillen der Fernrohrsysteme rechts und links vorgeschlagen wird, die zwei unterschiedliche Größen haben.
Hierbei wird in der folgenden Beschreibung nur beispielhaft angegeben, dass das Fernrohrsystem rechts die größere Eintrittspupille als das Fernrohrsystem links hat. Dies soll den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken, denn erfindungsgemäß können die Begriffe „rechts” und „links” in allen Ausführungsformen gegeneinander vertauscht werden.
Ebenso ist der Begriff „Durchmesser” wert gefasst zu verstehen: Der Begriff „Durchmesser” bezieht sich in der Regel auf kreisrunde Öffnungen einer bestimmten Weite. Nachdem in der vorliegenden Erfindung nicht nur kreisförmige Querschnitte für zum Beispiel eine Eintritts- oder Austrittspupille offenbart sind, bezieht sich der Begriff „Durchmesser” nach der Erfindung allgemein auf eine bestimmte (maximale) Weite des betreffenden Querschnitts, wenn dieser nicht kreisrund ist.
Während beim Stand der Technik nach der DE 10 2006 036 300 B4 die beiden Eintrittspupillen der beiden Fernrohrsysteme vollständig von dem Durchmesser der Austrittspupille des CMO-Objektivs abgedeckt oder umschlossen waren, vermeidet dies die Erfindung. Die Erfindung sieht stattdessen vor, dass die beiden Eintrittspupillen der beiden Fernrohrsysteme ganz oder nur teilweise im Überdeckungsbereich der Austrittspupille des CMO-Objektivs liegen.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass man eine sehr hohe Auflösung erhält, denn man kann die theoretische Auflösung des CMO Objektivs erreichen, insbesondere dann, wenn man mit einem Strahlteiler entsprechend einem Fangoptiksystem arbeitet.
Es wird also zumindest eine gleiche Auflösung wie nach dem Gegenstand der US 4,492,441 A erreicht, aber eine deutlich verbesserte Auflösung im Vergleich zum Gegenstand der DE 10 2006 036 300 B4 . Die durch einseitige Vignettierung entstehenden Verluste nach der US 4,492,441 A werden vermieden.
Insbesondere bietet sich die technische Lehre als Anwendung auf das bekannte Fusion-Optik-System nach der DE 10 2006 036 300 B4 an.
Man erzielt immer noch die Vorteile der Fusion-Optics-Erfindung nach der DE 10 2006 036 300 B4 . Dies ergibt ein Fernrohrsystem mit einer Eintrittspupille gleich groß wie die Austrittspupille eines CMO Objektivs. Dieses Fernrohrsystem bringt die hohe Auflösung. Der zweite Fernrohrsystem mit einer kleinen Eintrittspupille (durch das Fangoptiksystem gezogen) bringen die Rauminformation (3D Effekt) und die Tiefenschärfe. Es ist sogar möglich, das gleiche existierende CMO Objektiv zu verwenden.
Das Fernrohrsystem mit der größten Eintrittspupille (hier das Fernrohsystem rechts) erbringt eine hohe Helligkeit und eine hohe Auflösung. Wenn die Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts gleich oder größer als die Austrittspupille des CMO Objektivs ist, kann die theoretische Auflösung des CMO Objektivs erreicht werden.
Die „Obstruktion” bedingt durch die Positionierung des Fangoptiksystems (5) (vor den Strahlengang von der FR (3R) und nach der CMO Objektiv (2)), kann durch mehrere Lösungen minimiert oder sogar beseitigt werden: siehe Excel Tabelle (Synoptische Tabelle „Kombinationsmöglichkeiten”.
Eine „Obstruktion” von 15–20% der CMO Austrittspupille ist ohne Auswirkung auf die Auflösung. Eine „Obstruktion” von 20 bis 50% wäre noch annehmbar. Nur ein Fernrohrsystem braucht eine grosse Eintrittspupille (bei Hopkins: zwei!).
Helligkeitskompensation zwischen den zwei unterschiedlichen Fernrohrsystemen rechts und links:
Weil bei der DE 10 2006 036 300 B4 die beiden Fernrohrsysteme unterschiedliche Helligkeit haben, wird nach der Erfindung eine Helligkeitskompensation zwischen den zwei unterschiedlichen Fernrohrsystemen rechts und links vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Kompensation des Helligkeitsunterschiedes zwischen den beiden Fernrohrsystemen durch ein neutrales Density Filter.
Anstatt eines Density Filters, das in der späteren Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 37 bezeichnet ist, kann auch ein anderes Filter verwendet werden, dies ist in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet.
Wenn ein Strahlteiler für das Fangoptiksystem verwendet wird, muss idealer Weise ein Filter zwischen dem CMO Objektiv und dem rechten Fernrohrsystem angeordnet werden. Dieses Filter (36) besteht aus einem neutralen Density Filter mit einer Bohrung, um das Licht ohne Abschwächung in den Strahlenteiler hereinzulassen. Rings um den Strahlteiler wird das Licht in der Intensität reduziert, um eine ähnliche Intensität zwischen dem zentralen und äußeren Bereich zu erhalten. Dies erfolgt nur dann, wenn der Unterschied im Strahlteilerbereich/äußerer Strahlteiler-Bereich störend ist.
Anwendungsmöglichkeit als Makroskop
Nach einer weiteren Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung kann man einen einzigen Kanal als Makroskop verwenden.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist auch ein sogenanntes Fangoptiksystem vorgesehen.
Durch die Wahl eines geeigneten Fangoptiksystems (siehe Excel Tabelle: Synoptische Tabelle „Kombinationsmöglichkeit), kann die „Obstruktion” vom Fernrohrsystem rechts (3R) minimiert oder beseitigt werden. Wenn die Eintrittspupille in Bezug auf das Fernrohrsystem rechts gleich oder größer ist als die Austrittspupille des CMO Objektivs, kann die theoretische Auflösung eines CMO Objektivs erreicht werden und das Fernrohrsystem rechts kann als Makroskop verwendet werden, was besonders für Dokumentationszwecke mit einer Digitalkamera geeignet ist.
Fangoptiksystem
Das Fangoptiksystem kann in Kombination oder in Alleinstellung aus einem oder mehreren der folgenden Elemente verschiedenartig aufgebaut werden:

* Fangoptiksystem mit Spiegel (8A).
* Fangoptiksystem mit Prisma (9A).
* Fangoptiksystem mit Strahlteiler kombiniert mit einem Umlenksystem (Prisma oder Spiegel (10A, 11A und 12A)
* Ein fest montiertes Fangoptiksystem (4A, 5A und 6A) ist wahrscheinlich die einfachste und billigste Lösung (einfach zum Einstellen, und stabil) bringt aber eine unsymmetrische Auflösung wegen der entstehenden Vignettierung.
* Eine zwei Stufen umfassendes, mobiles Fangoptiksystem (4A/4B, 5A/5B) oder ein zwei Stufen umfassendes, mobiles CMO Objektiv (6A/6B) mit einem Umlenksystem (Prisma 9A, Spiegel 8A oder ein Strahlteiler 10A, 11A oder 12A) ermöglicht im Makroskopmodus die Vignettierung zu minimieren oder komplett zu entfernen, je nach der gewählten Lösung.
* Eine teilweises verschiebbares Fangoptiksystem (4A/4B, 5A/5B und 6A/6B): ist mit einem Umlenksystem (Prisma oder Spiegel) unter dem Fernrohrsystem links fest montiert, und das Umlenksystem (Prisma, Spiegel oder Strahlteiler) ist unter dem Fernrohrsystem rechts kontinuierlich verschiebbar einstellbar.

Es gibt 9 verschiedene Kombinationen, die für diese Patent gültig sind (sehe Übersichtstabelle „Kombinationsmöglichkeiten).
Die Vignettierung erbringt eine je nach X- oder Y-Richtung unsymmetrischer Auflösung in der Bildebene und kann durch die oben genannte mobile (verschiebbare) Lösung reduziert oder ganz beseitigt werden. Diese Lösung ermöglicht den Stereomodus mit fester und definierter Stereobasis oder den Makroskopmodus.
1. Folgende Figuren gehören zum Stand der Technik:
1 Eine perspektivische Ansicht eines bekannten Stereomikroskops des Teleskop-Typs (gemäß der DE 10 2006 036 300 B4 , Leica Microsystems AG)
2A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus des bekannten Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach dem Stand der Technik Patent DE 10 2006 036 300 B4 , Leica Microsystems AG
2B Ansicht von 2A: Beziehung zwischen der Eintrittspupille der zwei Fernrohrsysteme und der Austrittspupille des CMO Objektivs.
3A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach dem Stand der Technik Patent US 4 492 441 , Harold H. Hopkins, im Stereomodus.
3B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach dem Stand der Technik US 4 492 441 , Harold H. Hopkins, im „neutralen” Modus (kein Stereomodus), aber mit volle Auflösung.
3AA Ansicht A und E von 3A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsystemen 3L und 3R.
3BB Ansicht A und E von 3B: Freie Öffnung und fehlende Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R
2. Folgende Figuren beschreiben die Erfindungen
4A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 1-1 oder nach Position 1 eines zweistufig verstellbaren Fangoptiksystems nach Lösung 1-2.
4AA Ansicht von 4A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
4B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops im Makroskopmodus nach Lösung 1-2: Realisierung mit zweistufig verstellbarem Fangoptiksystem. Position 2 von Lösung 1-2.
4BB Ansicht von 4B: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
5A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 2-1 oder nach Position 1 eines zweistufig verstellbaren Fangoptiksystems nach Lösung 2-2.
5AA Ansicht von 5A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
5B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops im Makroskopmodus nach Lösung 2-2: Realisierung mit zweistufig verstellbarem Fangoptiksystem. Position 2 von Lösung 2-2.
5BB Ansicht von 5B: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
6A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 3-1 oder nach Position 1 eines zweistufig verstellbaren CMO Objektivs nach Losung 3-2.
6AA Ansicht von 6A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
6B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 3-2 Realisierung mit zweistufig verstellbarem CMO Objektiv. Position 2 von Lösung 2-2.
6BB Ansicht von 6BB: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R
7 Relative Position des Fangoptiksystems bezüglich des CMO Objektivs, Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3R, und Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2
2.1 Folgende Figuren beschreiben die Kinematik des Umlenkspiegels 7RM des Fangoptiksystems 5 (Stufenlose Verschiebung des Umlenkspiegels 7RM zur kontinuierlichen Einstellung der Stereobasis)
13A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 1-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position nach dem Makroskopmodus.
13AA Ansicht von 13A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
13B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 1-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position eines Stereomikroskops mit minimierter Vignettierung und maximaler Stereobasis.
13BB Ansicht von 13B: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
13C Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 1-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position als Stereomikroskop mit „vollständiger” Vignettierung und minimaler Stereobasis.
13CC Ansicht von 13C: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
14A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Losung 2-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position Makroskopmodus.
14AA Ansicht von 14A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R
14B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 2-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position als Stereomikroskop mit minimierter Vignettierung und maximaler Stereobasis
14BB Ansicht von 14B: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
14C Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 2-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position eines Binokular Mikroskops ohne Stereo mit „vollständiger” Vignettierung und Stereobasis b = 0.
14CC Ansicht von 14C: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
15A Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 3-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position Makroskopmodus.
15AA Ansicht von 15A: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
15B Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 3-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position als Stereomikroskop mit minimierter Vignettierung und maximaler Stereobasis.
15BB Ansicht von 15B: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R.
15C Eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach Lösung 3-3 mit einem stufenlos bewegbaren Umlenkspiegel 7RM in der Position als Stereomikroskop mit „vollständiger” Vignettierung und minimierter Stereobasis.
15CC Ansicht von 15C: Freie Öffnung und Vignettierung der Eintrittspupillen 32L und 32R der Fernrohrsysteme 3L und 3R
2.2 Folgende Figuren beschreiben das erfindungsgemäße Fangoptiksystem (Spiegel/Prisma/Strahlenteiler)
8A Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Fangoptiksystems mit Spiegel
8B Draufsicht von 8A.
9A Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Fangoptiksystems mit Prisma
9B Draufsicht von 9A
10A Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Fangoptiksystems mit Strahlteiler
10B Draufsicht von 10A
11A Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines bewegbaren Fangoptiksystems mit Strahlteilerplatte positioniert für den Stereomikroskopmodus
11B Draufsicht von 11A
12A Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines bewegbaren Fangoptiksystems mit Strahlenteilerplatte positioniert für den Makroskopmodus
12B Draufsicht von 12A
2.3 Folgende Figuren beschreiben die Kombination eines Filters für das Fangoptiksystem mit einem Strahlenteiler
11AF Filter 36 für ein Fangoptiksystem mit Strahlteiler im Stereomikroskopmodus
11BF Draufsicht von 11AF
11CF Transmissionskurve des Filters im Stereomikroskopmodus
12AF Filter für ein Fangoptiksystem mit Strahlteiler im Makroskopmodus
12BF Draufsicht von 12BF
12CF Transmissionskurve von Filter im Makroskopmodus
Die 1 (Auszug aus dem Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stereomikroskops 60 gemäß dem Stand der Technik. Das Stereomikroskop 60 umfasst eine Basis 71, an der eine Fokussäule 72 befestigt ist. An der Fokussäule 72 ist ein Fokusarm 73 verschiebbar angebracht, der über Verstellelemente 74 entlang des Doppelpfeils A-A verschoben werden kann. Das Stereomikroskop 60 besitzt einen Binokulartubus 65 und eine Zoomsystem (siehe 3L und 3R von 2A). Das Zoomsystem kann über Verstellelemente 78 verstellt werden.
Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4):
2A zeigt eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach dem Stand der Technik (nach Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ). Die Objektebene 1 liegt in der vorderen Brennebene des CMO Objektivs 2. In der Objektebene liegt auch das zu untersuchende bzw. beobachtende Objekt 1a Auf der Objektebene 1 ist das Ortzentrum 1b mit einer Senkrechten 11 markiert. Die optische Achse 11a des CMO Objektivs (Common Main Objektiv) 2 fällt mit der Senkrechten 11 zusammen. Im Folgenden wird die Zusammenstellung des Aufbaus des optischen Systems in Richtung auf einen Benutzer zu beschrieben. Der Benutzer erfasst das Bild des Objekts 1a mit seinen Augen 52R und 52L.
Dem CMO Objektiv 2 ist eine erstes und ein zweites, jeweils unsymmetrisches Fernrohrsystem 3R und 3L nachgeschaltet. Das erste und zweite Fernrohrsystem 3R und 3L sind unsymmetrisch zur Senkrechten 11 bzw. zur optischen Achse 11a angeordnet. Die Fernrohrsysteme 3R und 3L sind als afokale Zoomsysteme dargestellt. Diese Systeme sind beispielsweise in dem genannten deutschen Patent DE 10 2006 36 300 B4 beschrieben.
Man erkennt, dass der Durchmesser des rechten Strahlganges 60R größer ist als der des linken 60L, in diesem Beispiel größer als die Stereobasis b. Die beiden Fernrohrsysteme 3R und 3L sind nicht mehr symmetrisch, sondern verschieden, insbesondere aber mindestens mit unterschiedlichen, maximalen Durchmessern der ersten Eintrittspupille 32R und der zweiten Eintrittspupille 32L ausgeführt. Besondere Wirkung zeigt diese Lösung, wenn der größere der beiden Durchmesser der Eintrittspupillen 32R oder 32L größer als die Stereobasis b ist, was möglich ist, wenn der Durchmesser der Eintrittspupille 32R oder 32L des andere Fernrohrsystems 3R oder 3L kleiner als die Stereobasis ist.
Als Konsequenz der ungleichen Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. Wie das Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 gezeigt hat, können ein Helligkeitsunterschied von bis zu 50% und die Unterschiede in der Detailerkennung die visuelle Wahrnehmung und Fusion der beiden Teilbilder zu einem 3-dimensionalen Bild nicht beeinträchtigen. Im Gegenteil, überraschenderweise wird dass Objekt 3-dimensional nicht nur mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden verbesserten Auflösung, sondern auch mit der aus der geringeren Apertur folgenden Schärfentiefe wahrgenommen. Der Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 nützt dieses physiologischen Phänomen für den Aufbau des Stereomikroskops.
In den Zoomsystemen sind Blenden bzw. Irisblenden 3L und 31L angeordnet. Die Durchmesser der Irisblenden 31R und 31L sind regelbar und können unabhängig von beiden Seiten eingestellt (gleiche oder unterschiedliche Durchmesser zwischen 31R und 31L) werden. Sie begrenzen die Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen, die je nach Zoomstellung und Blendewahl veränderbar groß sind.
Das erste und das zweite Fernrohrsystem 3R und 3L definieren jeweils eine erste und eine zweite optische Achse 33R und 33L. Der Abstand der optischen Achsen 33R und 33L wird als Stereobasis b bezeichnet. Auf der ersten und der zweiten optischen Achse 33R und 33L sind den Fernrohrsystemen 3R und 3L die erste und die zweite Einblickeinheit 4R und 4L nachgeordnet, die jeweils unsymmetrisch zu Senkrechten 11a angeordnet sind. Die erste und die zweite Einblickeinheit 4R und 4L umfassen baugleiche Tubuslinsen 41R und 41L, welche die Zwischenbilder 42R und 42L erzeugen, ferner sind symmetrische Umkehrsysteme 43R und 43L zur Bildaufrichtung und Okulare 51R und 51L vorhanden. Der Benutzer erfasst das Bild des Objekts direkt mit seinen Augen 52R und 52L. Optional können in bekannter Weise weitere Baugruppen in den Strahlgang eingebracht sein, wie z. B. Vorsatzlinsen, Filter, Polarisatoren, Auflichtbeleuchtungseinheiten, Strahlenteilersysteme zur Lichtein- und Auskopplung etc.
Die Abbildung durch ein solches Mikroskop wird durch eine schematische Darstellung der Randstrahlgänge 61R und 61L eines Strahlengangs, der im Beispiel vom Objektzentrum 1b ausgeht, dargestellt. Die Randstrahlen 61R und 611 kennzeichnen die beiden vom Mikroskop genutzten Licht-Kegel 62R und 62L.
Wie in Fig. dargestellt, erfolgt die Begrenzung des jeweiligen Licht-Kegels 62R und 62L durch die Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen, die ihrerseits durch die Irisblenden 31R und 31L bestimmt sind. Da das Objekt 1a im vorderen Brennpunkt des CMO Objektivs 2 angeordnet ist, verlaufen die Randstrahlen zwischen dem CMO Objektiv 2 und dem Zoom parallel. Deshalb ist es in einfacher Weise möglich, den Durchmesser 32R und 32L der Eintrittspupillen zu bestimmen.
Die Randstrahlen verlassen das Zoom wieder parallel. Daher ist der Raum hinter dem Zoom vorteilhaft für optionales Zubehör zu nutzen. Die Tubuslinsen 41R und 41L fokussieren das Lichtbündel zu jeweils einem Punkt 42a in der Ebene der Zwischenbilder 42R und 42L. Dieser Punkt 42a befindet sich im vorderen Brennpunkt des Okulars 51R bzw. 51L und wird nach Unendlich abgebildet, so dass er mit dem Auge 52R und 52L beobachtet werden kann. Man entnimmt der 2A ferner, dass die Winkel WR und WL unter denen der Beobachter das Objekt 1a mit dem rechten bzw. dem linken Augen 52R, 52L wahrnimmt, ungleich sind.
Wie im deutsches Paten ( DE 10 2006 036 300 B4 ) dargestellt, ist die Auflösungsgrenze eines Stereomikroskops näherungsweise gegeben durch (7): Auflösung [Lp/mm] = 3000·NA Gleichung 1 wobei Lp/mm für Linienpaare pro Millimeter steht und NA die numerische Apertur bezeichnet, die sich im vorliegenden Fall aus NA = EP/(2·f) Gleichung 2 ergibt, wobei EP den Durchmesser der Eintrittspupille (32L oder 32R) des Fernrohrsystems (3L oder 3R) bezeichnet, und f die Brennweite des CMO Objektivs mit dem Abstand 12 in 7 bezeichnet. Wenn das Objekt 1a in der Luft steht, ist die numerische Apertur: NA = sinθ Gleichung 3 wobei θ der Winkel zwischen der optische Achse 33R (resp. 33L) des Fernrohrsystems 3R (resp. 3L) und dem Randstrahlengang 61R (resp. 61L) bezeichnet.
Schließlich ist noch die Schärfentiefe T bedeutsam. Eine praxisgerechte Beziehung ist gegeben durch: T [mm] = λ/(2.NA²) + 0,34 mm/(Vtot.NA) Gleichung 4
Mit λ = Lichtenwellenlänge ca. 0.00055 mm und Vtot = Mikroskopvergrösserung inklusiv Okularvergrösserung.
Die Ausgestaltung der Fernrohrsysteme 3R und 3L (rechts und links) kann aus unterschiedlichen Bauelementen bestehen. Auf 2A ist zu entnehmen, dass die Fernrohrsysteme 3R und 3L zwei unterschiedlichen Linsenglieder 35R und 35L mit unterschiedlichem Durchmesser haben. Dazu kommt noch eine Irisblende 31R und 31L, die mit zwei unterschiedlichen Durchmessern separat steuerbar ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in der Wirkstellung immer die Maßgabe der gleichen Vergrößerung gilt, d. h. die Vergrößerung der beiden Fernrohrsysteme wird übereinstimmend gemeinsam verändert.
2B zeigt eine schematische Darstellung der optisch freien Öffnungen der Fernrohrsysteme 3R und 3L in Verbindung mit der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 relativ zur 2A.
Das Stereomikroskop nach dem Stand der Technik (nach Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) zeigt deutlich, dass die Eintrittspupillen 32L und 32R nebeneinander sind. Der Durchmesser der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs schließt die zwei Eintrittspupillen 32L und 32R der zwei Fernrohrsysteme 3L und 3R ganz ein.
Stand der Technik (Hopkins Patent US 4 492 441):
3A und 3B zeigen eine Prinzipskizze des optischen Aufbaus eines Stereomikroskops vom Teleskop-Typ nach dem Stand der Technik (nach Hopkins Patent US 4 492 441 ). Ein solches Stereomikroskop besteht aus einem CMO Objektiv 2, einem Prismenblock 21 und zwei Fernrohrsystemen 3L und 3R. Der Prismenblock 21 besteht aus einem Strahlenteilersystem gekuppelt mit eine Umkehrprisma. Im Gegensatz zum Patent DE 10 2006 36 300 B4 bietet die Hopkins-Lösung nicht die Kombination einer hohen Tiefenschärfe kombiniert mit eine hohen Auflösung. Die Eintrittspupillen der zwei Fernrohrsysteme 3R und 3L haben die gleiche Größe und sind auch gleich.
3A zeigt der Stereomikroskop (nach Hopkins Patent US 4 492 441 ) bezüglich einer bestimmten Stereobasis b.
3B zeigt das Stereomikroskop (nach Hopkins Patent US 4 492 441 ) mit einer Stereobasis b die nach Verschiebung der Prismenblocks 21 gleich null ist. In dieser Konfiguration gibt es kein räumlichen Wahrnehmung (kein 3D Effekt/keine Stereo-Ansicht). Der Hopkins Gerät wirkt als einfaches Mikroskop und nicht mehr als Stereomikroskop.
3AA zeigt eine schematische Darstellung der optisch nutzbaren Öffnung der Fernrohrsysteme 3L und 3R beim Stereomikroskop nach dem Hopkins Patent US 4 492 441 . Die Vignettierung bei den Eintrittspupillen 32L und 32R – relativ zur Konfiguration von 3A bei maximaler Stereobasis – generiert eine starke Vignettierung, welche die nutzbare optische Öffnung reduziert und als Auswirkung eine unsymmetrische Auflösung in der Bildebene verursacht.
3BB zeigt eine schematische Darstellung der nutzbaren optisch freien Öffnung der Fernrohrsystem 3L und 3R des Stereomikroskops nach Hopkins Patent US 4 492 441 . Wie durch die Konfiguration von 3B ersichtlich ist keinerlei Vignettierung bei den Eintrittspupillen 32L und 32R vorhanden. Für diese Konfiguration ist die Vignettierung null, der Beobachter kann die theoretische Auflösung eines CMO Objektivs verwenden. Die Auflösung der Bildebene wird auch symmetrisch.
Beschreibung der Erfindung 1-1: (siehe Zusammenfassungstabelle)
4A zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das CMO Objektiv 2, und die Einblickeinheiten 4L und 4R sind unverändert im Vergleich zur 2A. Die optischen Elemente, die mit den Elementen in 2A (Stand der Technik, Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Dargestellt ist die Stellung der höchsten Vergrößerung des Fernrohrsystems. Die Erfindung betrifft demgemäß ein Stereomikroskop vom Teleskop-Typ mit Fernrohrsystemen, die – wie bereits ausgeführt – als Stufenwechsler oder als Zoomsystem ausgebildet sein können. Die Erfindung besteht aus einem Fangoptiksystem 5, das unterschiedlich gebaut sein kann:

* Das Fangoptiksystem 5 kann mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert werden: Spiegeln 7 (8A), mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteiler (10A, oder 11A).
** Das Fangoptiksystem 5 kann fest montiert sein, es kann jedoch auch in der Position zweistufig verschiebbar, oder getrennt von einander unabhängig verschiebbar sein.

Die oben genannte optische Möglichkeit (**) für das Fangoptiksystem wird für die Erfindungsbeschreibung der Ausführung 1-1 fest montiert (4A) dargestellt.
Das Fangoptiksystem 5 ist zwischen den Fernrohrsystemen 3L/3UR und dem CMO Objektiv 2 positioniert und hat die optische Funktion die Eintrittspupille 32L von die Austrittspupille des CMO Objektivs 2 zu trennen und herauszuleiten. Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR liegt mit die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 (4AA) übereinander. Um die theoretische Auflösung des CMO Objektivs 2 zu erreichen, muss die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3UR gleich oder größer sein als die Austrittspupille des CMO Objektivs 2. Ohne Nutzung der nachfolgend erläuterten Erfindung kann nur ein hoch auflösendes Mikroskop ohne Stereobeobachtung geschaffen werden, da kein Raum für eine zweite Pupille (die vom Fernrohrsystem links) bleibt. Um die Stereobeobachtung zu verwirklichen, muss erfindungsgemäss ein Teil des Strahlengangs des CMO Objektivs abgelenkt werden. Man bekommt die folgenden Bedingungen:

• Der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R ist größer oder gleich dem Durchmesser der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2
• Der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R ist größer der Eintrittspupille des Fernrohrsystems links 32L.

Die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 liegt auf der halben Distanz zwischen den optischen Achsen 33R und 33L des Fernrohrsystems rechts 3UR und links 3L.
Die Linsenglieder 35R des Fernrohrsystems rechts 3UR mit der grössten Eintrittspupille (gleich oder grösser wie die Austrittspupille des CMO Objektivs) haben eine optische Achse (33R) die von der mechanischen Zentrierachse (33RM) abweicht. Das Linsenglied 35UR des Fernrohrsystems rechts 3UR ist asymmetrisch:
Im Fernrohrsystem fallen die optische Achse 33R und mechanische Achse 33RM nicht zusammen. Bei der Linsenfertigung haben die Linsenglieder 35UR einen äußeren Durchmesser 32UR. In diesem Fertigungszustand sind noch die optische Achse 33R und die mechanische Achse 33R übereinander gelagert. Danach sind die Linsenglieder 35UR so zentriert und mechanisch gedreht dass die mechanische Drehachse 33RM entsteht.
Mit der Erfindung sind die optische Achsen 33R des Fernrohrsystems rechts 3UR und 33L im Vergleich zum Fernrohrsystem links 3L beidseitig und symmetrisch positioniert gegenüber der optischen Achse 11a des CMO Objektivs 2. Bei dieser „symmetrische Anordnung” sind die Abstände b/2 der optischen Achse des CMO Objektivs 2 zu den beiden optischen Achsen der Fernrohrsysteme gleich groß. Diese Anordnung zeigt den Vorteil, dass ein Objekt, das zentrisch zum CMO Objektiv platziert ist, durch die beiden stereoskopischen Kanäle unter entgegensetzt gleichem Winkel betrachtet wird (WR = WL), wodurch der Eindruck einer senkrecht von oben erfolgenden Betrachtung entsteht. Nachteilig wirkt sich jedoch der verhältnismässig grosse Durchmesser bezüglich des Fertigungsdurchmessers 32UR der Linsenglieder aus, was grundsätzlich höhere Kosten für ein entsprechend optisch korrigiertes Objektiv verursacht.
Wegen diese Eigenschaft (WR = WL) hat man eine richtige Stereo-Abbildung (keine schräge Betrachtung), da die beiden Stereo-Kanäle, gegeben durch die zwei optische Achsen der zwei Fernrohrsysteme, symmetrisch zu der optischen Achse des CMO Objektivs 2 positioniert sind.
4AA zeigt eine schematische Darstellung der optisch frei nutzbaren Öffnungen der Fernrohrsysteme 3L und 3UR des Stereomikroskops nach der Erfindung 1-1.
Die Erfindung 1-1 unterscheidet sich vom Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) weil (4AA):

1. Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR einen gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 hat.
2. Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L innerhalb der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3UR und in die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 liegt.

Die Folge daraus ist eine immense Verbesserung der Auflösung. Es ist mit dieser Anordnung möglich, die volle Auflösung des CMO Objektivs 2 in Kombination mit dem Fernrohrsystem 3R zu verwenden.
Der Vorteil der Erfindung in der Ausführung 1-1 im Vergleich mit dem Stand der Technik nach dem Hopkins Patent US 4 492 441 ist, dass nicht nur die größte erreichbare Auflösung erhalten wird, man behält zusätzlich den Vorteil des anderen Standes der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ), durch die unterschiedlichen Durchmesser der freien nutzbaren optischen Öffnungen der Fernrohrsysteme rechts 3R und links 3L.
Das Fernrohrsystem rechts 3UR ergibt das Auflösungsvermögen, weil dieser Kanal die grösste Eintrittspupille 32R hat. Als Folge ist allerdings die Tiefenschärfe dieses Fernrohrsystems schlecht (im Vergleich mit dem Fernrohrsystem links 3L).
Das Fernrohrsystem links 3L ergibt das Tiefenschärfevermögen, weil dieser Kanal im Vergleich mit Fernrohrsystem rechts 3UR die kleinste Eintrittspupille 32L hat.
Als Folge der ungleichen Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. So wird dass Objekt 3-dimensional nicht nur mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden verbesserten Auflösung, sondern auch mit der aus der geringeren Apertur folgenden Schärfentiefe wahrgenommen.
Beschreibung der Erfindung 1-2: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 1-2 besteht aus einem mobilen Fangoptiksystem 5 mit zwei fest definierte Stellen:
Erste Stelle: Stereomikroskopische Anwendung. Das Fangoptiksystem 5 ist wie in 4A positioniert, wobei die Eintrittspupille 32L innerhalb der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR und innerhalb Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 liegt.
Zweite diskrete Stelle: makroskopische Anwendung. Das Fangoptiksystem 5 ist wie in 4B positioniert, wobei die Eintrittspupille 32L vollständig außerhalb der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR und außerhalb der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 liegt.
Wie bei 4A besteht die Erfindung 4B aus einem Fangoptiksystem 5, welches auf unterschiedliche Art konstruiert sein kann.
Mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert: mit Spiegeln 7 (8A), oder mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteiler (10A, oder 11A/12A). Wobei dieses Fangoptiksystem 5 auf eine Schiebeeinheit fixiert ist.
Am Anschlag in der einen Position (Fangoptiksystem 5 über der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR), wird das Gerät als Stereomikroskop verwendet. Daraus ergibt sich eine große Vignettierung des Fernrohrsystems rechts 3UR (4AA), und eine asymmetrisches Auflösung im Bild des Fernrohrsystems rechts je nach X- oder Y-Richtung.
Am Anschlag in der anderen Position wird das CMO Objektiv 2 nur in Kombination mit dem Fernrohrsystem rechts 3UR verwendet. Man verliert die Stereobeobachtung, aber man bekommt die volle Auflösung und Helligkeit des CMO Objektivs 2 für eine makroskopische Anwendung.
4B zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
Die vorherige 4A zeigt die erste Stellung des Fangoptiksystems 5 und zeigt ein höher auflösendes Stereomikroskop. Die Anordnung nach 4B wird gewählt, wenn auf eine stereoskopische Betrachtung verzichtet werden kann, insbesondere, wenn Bilder hoher Vergrößerung und hoher Auflösung beispielweise an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als günstig, das Fangoptiksystem 5 relativ zu den Fernrohrsystemen 3L und 3UR lateral (also senkrecht zu seiner optischen Achse, die laterale Verschiebbarkeit des Fangoptiksystem läuft in Richtung der Stereobasis) verschiebbar anzuordnen, um zwischen verschiedenen Anordnungen leicht wechseln können. Bei dieser Anordnung (4B) wird das Stereomikroskop als Makroskop verwendet.
Bei dieser „asymmetrischen Anordnung” liegen die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 und die optische Achse 33R der Fernrohrsysteme 3UR nicht übereinander, aber seitlich verschoben. Einziger Nachteil dieser asymmetrischen Anordnung ist, dass ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, als geringfügig von der Seite betrachtet erscheint, weil die Nadel unten dem Betrachtungswinkel WR angeschaut wird. Daraus folgt, dass es wegen dieses Parallaxenfehlers (WR ≠ 0) schwierig ist, die Anordnung für Messzweck zu verwenden
Wie in 4A besteht die Erfindung 4B aus einem Fangoptiksystem 5, das verschiedenartig aufgebaut werden kann:

* mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder in Kombination untereinander: Spiegeln 7 (8A), mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteilern (10A, oder 11A/12A).

Die 4BB zeigt eine schematische Darstellung der optisch frei nutzbaren Öffnung der Fernrohrsysteme 3L und 3R des Stereomikroskops nach der Erfindung 1-2. Die optisch frei nutzbaren Öffnung des Fernrohrsystems links 3L existiert nicht mehr. Man verliert so die stereoskopische Betrachtung.
Die Erfindung 1-2 unterscheidet sich vom Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ), weil die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR einen gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 hat. Die optisch frei nutzbare Öffnung des Fernrohrsystems 3UR hat keine Vignettierung mehr.
Als Folge ergibt sich eine immense Auflösungsverbesserung. Es ist mit dieser Anordnung möglich, die volle Auflösung des CMO Objektivs 2 in Kombination mit dem Fernrohrsystem 3UR zu verwenden.
Beschreibung der Erfindung 1-3: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 1-3 besteht aus einem teilweise stufenlosen verschiebbaren Fangoptiksystem 5 (13A/13B/13C) kombiniert mit den Merkmalen der Erfindung 1-1, die in 4A gezeichnet ist.
Die 13A/13B/13C zeigen schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
Der Übergang vom Makroskop zum Stereomikroskop wird durch die Abbildungen (13A/13AA/13B/13BB/13C/13CC) verdeutlicht. Der Zustand von 13A/13AA entspricht einem Makroskop ohne Vignettierung.
Der Zustand von 13B/13BB beschreibt ein Stereomikroskop mit minimierter Vignettierung, zugleich mit maximaler Stereobasis b.
Im Zustand von 13C/13CC entspricht dies einem Stereomikroskop mit „vollständiger” Vignettierung, zugleich mit minimaler Stereobasis b.
Da der Umlenkspiegel 7RM im Gegensatz zum Umlenkspiegel 7LF stufenlos verschiebbar ist, lassen sich somit Modi von Makroskop bis hin zu Stereomikroskop verwirklichen.
Das teilweise stufenlos verschiebbare Fangoptiksystem 5 aus den 13A/13B/13C kann in unterschiedlicher Art konstruiert sein und besteht aus:

* ein festes optisches Umlenksystem 7LF (Spiegel wie im 13A gezeichnet) oder ein 90° Prisma (entsprechend der linken Hälfte des Prismas 6 wie in 9A gezeichnet) welches unter dem Fernrohrsystem links 3L fest montiert ist.
** eine stufenlos, verschiebbares optisches Umlenksystems 7RM [Spiegel 7RM wie im 13A gezeichnet, oder ein 90° Prisma (die rechte Hälfte des Prismas 6 wie im 9A gezeichnet) oder ein Strahlenteiler 8, wie im 10A gezeichnet] welches unter dem Fernrohrsystem rechts 3UR variabel und stufenlos einstellbar ist.

Die 13A zeigt als Startstellung, dass das mobile Umlenksystem 7RM außerhalb der nutzbaren freien Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R ist. Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems 3L ist vom mobilen Unlenksystem 7RM abgedeckt (13AA): es gibt keine stereomikroskopische Anwendung mehr. Die Eintrittspupille 32R hat keine Vignettierung (13AA), das Fernrohsystem wird ohne Auflösung- oder Helligkeitsverlust als Makroskop verwendet.
Die 13B zeigt eine mittlere Stellung: das mobile Umlenksystem 7RM ist so positioniert, dass ca. 50% der Oberfläche von 32L wegen der Vignettierung unverwendbar ist, wobei die anderen 50% nützlich für eine stereomikroskopische Anwendung sind (13BB). Die Stereobasis ist maximal und bringt eine gute räumliche Information (3D Effekt). Der große Helligkeitsunterschied zwischen den zwei Kanälen 3L und 3UR kann kompensiert werden, wenn ein neutral density Filter 36 oder 37 verwendet wird.
Die 13C zeigt die Endstellung: das mobile Umlenksystem 7RM ist so positioniert ist, dass die Eintrittspupillen des Fernrohrsystems rechts 32UR und links 32L koaxial sind (13CC). Mit dieser speziellen Zusammenstellung nach 13C ist die Stereobasis minimiert, weil die Eintrittspupillen 32UR und 32L koaxial sind, und auch weil die optische Achsen 32L und 33R mit dem kleinsten Abstand b entfernt sind. Nur die mechanische Achse 33RM des Fernrohrsystems rechts ist koaxial mit der optische Achse 33L des Fernrohrsystems links 3L.
Beschreibung der Erfindung 2-1: (siehe Zusammenfassungstabelle)
5A zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Das CMO Objektiv 2, und die Einblickeinheiten 4L und 4R sind unverändert im Vergleich zu den 2A und 4A. Die optischen Elemente, die mit den Elementen nach 4A (Stand der Technik, Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) identisch sind, sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Dargestellt ist die Stellung der höchsten Vergrößerung des Fernrohrsystems. Die Erfindung betrifft Stereomikroskope vom Teleskop-Typ mit Fernrohrsystemen, die – wie bereits ausgeführt – als Stufenwechsler oder als Zoomsystem ausgebildet sein können.
Die Erfindung besteht aus einem Fangoptiksystem 5, das in unterschiedlicher Art aufgebaut sein kann:

* Das Fangoptiksystem 5 kann mit die folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert sein: Spiegel 7 (8A), mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteiler (10A, oder 11A).
** Das Fangoptiksystem 5 kann fest montiert sein, es kann jedoch auch in der Position zweistufig verschiebbar, oder getrennt von einander unabhängig verschiebbar sein.

Die oben genannte optische Möglichkeit (**) für das Fangoptiksystem ist in dieser Ausführung der Erfindung 2-1 fest montiert (5A).
Das Fangoptiksystem 5 ist zwischen den Fernrohrsystemen 3L/3R und dem CMO Objektiv 2 positioniert und hat die optische Funktion, die Eintrittspupille 32L von die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 zu trennen und herauszuleiten. Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R liegt in Deckung mit der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 (5AA). Um die theoretische Auflösung des CMO Objektivs 2 zu erreichen, muss die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3R gleich oder größer sein als die Austrittspupille des CMO Objektivs 2.
Ohne Nutzung der nachfolgend erläuterten Erfindung kann nur ein hoch auflösendes Mikroskop ohne Stereobeobachtung geschaffen werden, da kein Raum für eine zweite Pupille (die vom Fernrohrsystem links) bleibt. Um die Stereobeobachtung zu verwirklichen, muss erfindungsgemäß ein Teil des Strahlgangs des CMO Objektivs abgelenkt werden.
Man erhält die folgenden Bedingungen:

• Der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R ist größer oder gleich dem Durchmesser der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2
• Der Durchmesser der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R ist größer als die Eintrittspupille des Fernrohrsystems links 32L.

Die Linsenglieder 35R des Fernrohrsystems rechts 3R mit der grössten Eintrittspupille (gleich oder größer als die Austrittspupille des CMO Objektivs) haben eine optische Achse 33R und ein zentrische mechanische Drehachse 33RM, die sich decken und zwar im Gegensatz zur Ausführung der Erfindung 1-1, die in 4A gezeichnet ist. Das Linsenglied 35R des Fernrohrsystems rechts 3R ist symmetrisch: damit decken sich die optische Achse 33R und mechanische Achse 33RM.
Bei der Erfindung 2-1 sind die optische Achsen 33R des Fernrohrsystems rechts 3R und 11a des CMO Objektivs 2 übereinander. Die optische Achse 33L des Fernrohrsystems links 3L ist mit einem Abstand b (Stereobasis genannt) seitlich der optischen Achsen 11a und 33R gelagert. Bei diese „asymmetrischen Anordnung” sind die Abstände der optischen Achse des CMO Objektivs 2 zu den beiden optischen Achsen der Fernrohrsysteme rechts 33R und links 33L ungleich gross. Diese Anordnung zeigt den Nachteil, dass die beiden stereoskopischen Kanäle unter entgegensetzt ungleichen Winkeln betrachtet werden (WR = 0 und WL ≠ 0). Als Folge ergibt sich in der Praxis ein nicht ins Gewicht fallender Nachteil. Ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, erscheint geringfügig von der Seite betrachtet.
Vorteil der Ausführung der Erfindung 2-1 ist, dass die Fertigungsdurchmesser 32R der Linsenglieder 35R kleiner sind als die Linsenglieder 32UR der Erfindung 1-1.
Aufgrund dieser Eigenschaft (WR ≠ WL) ergibt sich keine „richtige” Stereo-Abbildung (nämlich eine schräge Betrachtung), da die beiden Stereo-Kanäle, gegeben durch die zwei optischen Achsen der beiden Fernrohrsysteme, asymmetrisch zu der optischen Achse des CMO Objektivs 2 positioniert sind.
5AA zeigt eine schematische Darstellung der optisch frei nutzbaren Öffnungen des Fernrohrsystems 3L und 3R des Stereomikroskops nach der Erfindung 2-1.
Die Erfindung 2-1 unterscheidet sich vom Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) weil (5AA):

(1) Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R einen gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 hat. Als Folge ergibt sich eine immense Auflösungsverbesserung.
(2) Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L ist innerhalb der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3R und in der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 liegt.

Die Erfindung bewirkt, dass die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L einen kleineren Durchmesser als die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 hat, und auch kleiner ist im Vergleich mit dem Durchmesser der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R.
Der Vorteil der Erfindung 2-1 im Vergleich zum Stand der Technik (Hopkins Patent US 4 492 441 ) besteht darin, dass nicht nur die größte Auflösung erreichbar ist, man behält auch noch zusätzlich den Vorteil des anderen Standes der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) bedingt durch die unterschiedlichen Durchmesser der optisch nutzbaren Öffnungen des Fernrohrsystems rechts 3R und links 3L.
Das Fernrohrsystem rechts 3UR ergibt das Auflösungsvermögen, weil dieser Kanal die grösste Eintrittspupille hat. Als Folge ist die Tiefenschärfe dieses Fernrohrsystems schlecht (im Vergleich mit dem Fernrohrsystem links 3L). Das Fernrohrsystem links 3L ergibt das Tiefenschärfevermögen, weil dieser Kanal die kleinste Eintrittspupille hat (im Vergleich mit Fernrohrsystem rechts 3UR).
Als Folge der ungleichen Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. So wird das Objekt 3-dimensional nicht nur mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden verbesserten Auflösung, sondern wird auch mit der aus der geringeren Apertur folgenden Schärfentiefe wahrgenommen.
Beschreibung der Erfindung 2-2: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 2-2 besteht aus einem mobilen Fangoptiksystem 5 mit zwei fest definierte Stellen:
Erste Stelle: Stereomikroskopische Anwendung, Fangoptiksystem 5 positioniert wie in 4A.
Zweite diskrete Stelle: makroskopische Anwendung, Fangoptiksystem 5 positioniert wie in 4B.
Wie bei 5A besteht die Erfindung 5B aus einem Fangoptiksystem 5, welches auf unterschiedliche Art konstruiert sein kann.

* Mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert: mit Spiegeln 7 (8A), oder mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteiler (10A, oder 11A/12A). Wobei dieses Fangoptiksystem 5 auf eine Schiebeeinheit fixiert ist.

Am Anschlag in der einen Position (Fangoptiksystem 5 über der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R) wird das Gerät als Stereomikroskop verwendet. Als Folge entsteht eine große Vignettierung des Fernrohrsystems rechts 3R (4AA), und eine asymmetrische Auflösung im Bild des Fernrohrsystems rechts je nach X- oder Y-Richtung.
Am Anschlag in der anderen Position wird nur das CMO Objektiv 2 in Kombination mit dem Fernrohrsystem rechts 3R verwendet. Man verliert die Stereobeobachtung, aber man bekommt die volle Auflösung und Helligkeit des CMO Objektivs 2 für eine makroskopische Anwendung.
Die 5B zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.
Die vorher beschriebene 5A zeigt die erste Stellung des Fangoptiksystems 5 und beschreibt ein höher auflösendes Stereomikroskop. Die Anordnung nach 5B wird gewählt, wenn auf eine stereoskopische Betrachtung verzichtet werden kann, insbesondere, wenn Bilder hoher Vergrößerung und hoher Auflösung beispielweise an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als günstig, das Fangoptiksystem 5 relativ zu den Fernrohrsystemen 3L und 3R lateral (also senkrecht zu seiner optischen Achse, die laterale Verschiebbarkeit des Fangoptiksystems läuft in Richtung Stereobasis) verschiebbar anzuordnen, um zwischen verschiedenen Anordnungen leicht wechseln können. B
Bei dieser Anordnung 5B wird dem Stereomikroskop als Makroskop verwendet.
Bei dieser „zentrische Anordnung” bleiben die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 und die optische Achse 33R des Fernrohrsystems 3R übereinander liegend. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, ohne schräge Betrachtung von der Seite betrachtet erscheint, weil die Nadel unter dem Betrachtungswinkel WR = 0 betrachtet wird. Als günstige Folge entfällt bei dieser zentrierten Anordnung ein Parallaxenfehler (WR ≠ 0), der bei der Erfindung 2-1 vorhanden ist, und das so ausgebildete Makroskop kann parallaxenfrei (WR = 0) für Messtechnikzweck verwendet werden.
Wie bei 5A besteht die Erfindung nach 5B aus einem Fangoptiksystem 5, das auf unterschiedliche Weise aufgebaut werden kann und zwar mit einem oder mehreren der folgenden optischen Element einzeln oder zusammen kombiniert: Spiegeln 7 (8A), mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteilern (10A, oder 11A/12A).
5BB zeigt eine schematische Darstellung der optisch frei nutzbaren Öffnung der Fernrohrsysteme 3L und 3R des Stereomikroskops nach der Erfindung 2-2. Die optisch frei nutzbare Öffnung des Fernrohrsystems links 3L existiert nicht mehr, man verliert so die stereoskopische Betrachtung.
Die Erfindung 2-2 unterscheidet sich vom der Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) weil die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R einen gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille des CMO Objektivs 2 hat. Die optisch frei nutzbare Öffnung des Fernrohsystems 3R hat keine Vignettierung mehr.
Als Folge ergibt sich eine günstige Auflösungsverbesserung. Es ist mit dieser Anordnung möglich, die volle Auflösung des CMO Objektivs 2 in der Kombination mit dem Fernrohrsystem 3R zu verwenden.
Beschreibung der Erfindung 2-3: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 2-3 besteht aus einem teilweise stufenlosen verschiebbaren Fangoptiksystem 5 (14A/14B/14C) kombiniert mit der Erfindung 2-1 wie in 5A dargestellt.
Die 14A/14B/14C zeigen schematisch eine sechste Ausführungsform der Erfindung.
Der Übergang von Makroskop zum Stereomikroskop wird durch die Abbildungen (14A/14AA/14B/14BB/14C/14CC) verdeutlicht. Der Zustand von 14A/14AA entspricht einem Makroskop ohne Vignettierung.
Der Zustand von 14B/14BB beschreibt ein Stereomikroskop mit minimierter Vignettierung, zugleich mit maximaler Stereobasis b.
Im Zustand von 14C/14CC entspricht dies einem Stereomikroskop mit „vollständiger” Vignettierung, zugleich mit minimaler Stereobasis: b = 0.
Da der Umlenkspiegel 7RM im Gegensatz zu dem Umlenkspiegel 7LF stufenlos verschiebbar ist, lassen sich somit Modi von Makroskop bis hin zu Stereomikroskop verwirklichen.
Das teilweise stufenlos verschiebbare Fangoptiksystem 5 aus 14A/14B/14C kann auf unterschiedliche Art gebaut werden und besteht aus:

* einem festen optischen Umlenksystem 7LF (Spiegel wie im 14A gezeichnet) oder ein 90° Prisma (die linke Hälfte des Prismas 6 wie im 9A gezeichnet)) das unter dem Fernrohrsystem links 3L fest montiert ist.
** ein stufenlos verschiebbares optisches Umlenksystem 7RM [Spiegel 7RM wie im 14A gezeichnet, oder ein 90° Prisma (die rechte Hälfte des Prisma 6 wie in 9A gezeichnet) oder ein Strahlenteiler 8 wie in 10A gezeichnet] das unter dem Fernrohrsystem rechts 3R variabel und stufenlos einstellbar ist.

Die 14A zeigt die erste Startstelle: das mobile Umlenksystem 7RM ist ausserhalb der frei nutzbaren Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R. Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems 3L ist mit dem mobilen Umlenksystem 7RM abgedeckt (14AA): es entfällt die stereomikroskopische Anwendung. Die Eintrittspupille 32R hat keine Vignettierung (14AA). Das Fernrohrsystem wird als Makroskop verwendet, jedoch ohne Auflösungs- oder Helligkeitsverlust.
Bei dieser „zentrische Anordnung” liegen die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 und die optische Achse 33R des Fernrohrsysteme 3R übereinander. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, ohne schräge Betrachtung von der Seite betrachtet erscheint weil die Nadel unter dem Betrachtungswinkel WR = 0 betrachtet erscheint. Als nützliche Folge ergibt sich, dass mit dieser zentrischen Anordnung der Parallaxenfehler (WR ≠ 0) gemäß der Erfindung 2-1 entfällt. Dieses Makroskop kann parallaxenfrei (WR = 0) für Messtechnikzweck verwendet werden.
Die 14B zeigt die mittlere Stellung. Hierbei ist das mobile Unenksystem 7RM ist so positioniert, dass ca. 50% der Oberfläche von 32L wegen der Vignettierung nicht verwendbar ist.
Der andere 50%-Bereich ist für eine stereomikroskopische Anwendung geeignet (14BB). Die Stereobasis ist maximal und bringt eine gute räumliche Information (3D Effekt). Der große Helligkeitsunterschied zwischen den beiden Kanälen 3L und 3R kann kompensiert werden, wenn man einen neutralen density Filter 36 oder 37 verwendet.
Die 14C zeigt die Endstellung: das verschiebbare Umlenksystem 7RM ist so positioniert, dass die Eintrittspupillen des Fernrohrsystems rechts 32R und links 32L koaxial sind (14CC). Bei dieser besonderen Kombination nach 14C ist die Stereobasis gleich null, weil die optische Achsen 32L, 33R und 11a koaxial sind. Bei dieser Konfiguration sind die Betrachtungswinkel WL = WR = 0: man verliert deshalb eine räumliche Information (3D Effekt).
Die Anordnung nach 14C wird gewählt, wenn auf eine stereoskopische Betrachtung verzichtet werden kann, insbesondere, wenn Bilder hoher Vergrößerung und hoher Auflösung beispielweise an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen. Bei dieser Anordnung 14C wird das Stereomikroskop als Binokularmakroskop verwendet. Binokular, weil man beide Augen 52L und 52R für die Binokularbeobachtung verwenden werden kann. Dies steht im Gegensatz zu den Erfindungen 1-2 (4B) und 2-2 (5B), bei denen nur ein Auge 52R verwenden kann.
Bei den Erfindungen 1-2 (4B) und 2-2 (5B) ist die Binokularbeobachtung unmöglich: Das Fangoptiksystem 5 bedeckt komplett den linken optischen Kanal 3L und 4L. Das linke Auge 52L sieht kein Bild des Objektes, es ist nur ein schwarzes optisches Feld sichtbar.
Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt, z. B. eine Nadel, ohne schräge Betrachtung von der Seite betrachtet erscheint, weil die Nadel unter dem Betrachtungswinkel WR = 0 betrachtet wird. Als Folge ergibt sich, dass mit dieser zentrischen Anordnung der Parallaxenfehler (WR ≠ 0) der Erfindung 2-1 entfällt. Das Binokularmakroskop kann deshalb parallaxenfrei (WR = WL = 0) für Messtechnikzwecke verwendet werden.
Beschreibung der Erfindung 3-1: (siehe Zusammenfassungstabelle)
6A zeigt schematisch eine siebte Ausführungsform der Erfindung. Das CMO Objektiv 2, und die Einblickeinheiten 4L und 4R sind unverändert im Vergleich mit 2A, 4A und 5A. Die optische Elemente, die mit Elementen nach 4A (Stand der Technik, Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) identisch sind, sind mit dem gleichen Bezugszeichnen bezeichnet. Dargestellt ist die Stellung der höchsten Vergrößerung des Fernrohrsystems. Die Erfindung betrifft Stereomikroskope vom Teleskop-Typ mit Fernrohrsystemen, die – wie bereits ausgeführt – als Stufenwechsler oder als Zoomsystem ausgebildet sein können.
Die Erfindung besteht aus eine Fangoptiksystem 5, das auf unterschiedliche Art aufgebaut sein kann:

* Das Fangoptiksystem 5 kann mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert sein: Spiegel 7 (8A), mit Prismen (9A) oder mit Strahlenteiler (10A, oder 11A).
** Das Fangoptiksystem 5 kann fest montiert sein, es kann jedoch auch in der Position zweistufig verschiebbar, oder getrennt von einander, unabhängig verschiebbar sein.

Die oben genannte optische Möglichkeit (**) für das Fangoptiksystem ist in dieser Ausführung der Erfindung 2-1 fest montiert (5A).
Das Fangoptiksystem 5 ist zwischen den Fernrohrsystemen 3L/3R und dem CMO Objektiv 2 positioniert. Dies hat die optische Funktion, die Eintrittspupille 32L von die Austrittspupille 13 von CMO Objektiv 2 zu trennen und herauszuleiten. Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R ist teilweise überlappend mit der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 (6AA). Um die theoretische Auflösung des CMO Objektivs 2 zu erreichen, muss die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3R gleich oder größer sein als die Austrittspupille des CMO Objektivs 2.
Ohne Nutzung der nachfolgend erläuterten Erfindung kann nur ein hoch auflösendes Mikroskop ohne Stereobeobachtung geschaffen werden, da kein Raum für eine zweite Pupille (die vom Fernrohrsystem links) bleibt. Um die Stereobeobachtung zu verwirklichen, muss man erfindungsgemäss einen Teil von dem Strahlgang des CMO Objektiv ablenken. Man bekommt die folgenden Bedingungen:

Bei dieser siebten Ausführungsform 3-1 (6A) der Erfindung ist das CMO Objektiv so positioniert, dass die optische Achse des CMO Objektivs 2 mit einen Abstand OAD = b/2 von der optische Achse 33R des Fernrohrsystems 3R in Richtung Fernrohrsystem links 3L platziert ist. Dies bedeutet, dass die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs nicht innerhalb des Durchmessers der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechst ist, sondern überlappend. Diese Vignettierung ist in 6AA ersichtlich.
Die nutzbare freie Öffnung des Fernrohrsystems 3R hat eine grob elliptische Form ähnlich eines „Katzenauges”. Man erreicht die theoretische Auflösung in Y-Richtung, aber keinesfalls in X-Richtung. Das Fangoptiksystem 5 ist so positioniert, dass die optische Achse 33L mit einem Abstand b von der optischen Achse 33R des Fernrohrsystems 3R entfernt ist.
Die Haupteigenschaft dieser siebten Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Betrachtungswinkel (WR = WL ≠ 0) wegen der Dezentrierung OAB = b/2 der optischen Achse 11a des CMO Objektivs 2 gegenüber der optischen Achse 33R des Fernrohrsystems 3R und gegenüber der optischen Achse 33L des Fernrohrsystems 3L gleich sind. Die „symmetrische Anordnung” (WR = WL) der 6A veranschaulicht den Vorteil, dass ein Objekt, das zentrisch zum CMO Objektiv platziert ist und durch die beiden stereoskopischen Kanäle unter entgegensetzt gleichen Winkelbetrachtet wird (WR = WR), den Eindruck einer senkrecht von oben erfolgenden Betrachtung erzeugt. Nachteilig wirkt sich jedoch die Vignettierung bei der nutzbaren freien Öffnung des Fernrohrsystems 3R aus. Man hat eine richtige Stereo-Abbildung (keine schräge Betrachtung), da die beiden Stereo-Kanäle, gegeben durch die zwei optischen Achsen der beiden Fernrohrsysteme symmetrisch zu der optischen Achse des CMO Objektivs 2 positioniert sind.
Diese siebte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Erfindung 2-1 folgendermaßen:
Die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 liegt auf der halben Distanz b/2 zwischen den optischen Achsen 33R und 33L der Fernrohrsysteme rechts 3UR und links 3L. Die Konsequenz hiervon ist, dass die Betrachtungswinkel gleich sind: WL = WR ≠ 0. Bei der Erfindung 2-1 ergibt sich : WR = 0 und WL ≠ 0.
Die siebte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Erfindung 1-1 folgendermaßen:
Die Linsenglieder 35R des Fernrohrsystems rechts 3R mit der grössten Eintrittspupille (gleich oder grösser wie die Austrittspupille des CMO Objektivs) haben eine optische Achse (33R) und eine zentrierte mechanische Drehachse (33RM) die übereinander liegen. Die Linsenglieder 35UR des Fernrohrsystems rechts 3UR sind symmetrisch.
Die optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 liegt nicht mehr übereinander mit der zentrierten mechanische Drehachse 33RM des Fernrohsystems rechts 3R.
6AA zeigt eine schematische Darstellung der optisch frei nutzbaren Öffnungen der Fernrohrsysteme 3L und 3R des Stereomikroskops nach der Erfindung 3-1. Die Erfindung 3-1 unterscheidet sich vom Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ) folgendermaßen (2B):

* Die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR hat einen gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille des CMO Objektivs 2. Als Konsequenz hieraus entsteht eine bedeutende Auflösungsverbesserung durch das Fernrohrsystem rechts 3R, weil dieser Kanal die grösste Eintrittspupille hat. Gleichzeitig verschlechtert sich die Tiefenschärfe dieses Fernrohrsystems im direkten Vergleich mit dem Fernrohrsystem links 3L.

Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L ist komplett innerhalb der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 und teilweise überlappend mit die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems 3R. Das Fernrohrsystem links 3L bildet das Tiefenschärfevermögen, da dieser Kanal im direkt Vergleich mit dem Fernrohrsystem rechts 3R die kleinere Eintrittspupille hat.
Die Funktion ist gegeben weil die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L einen kleineren Durchmesser als die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 hat. Sie ist auch kleiner als der Durchmesser der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R.
Der Vorteil den Erfindung 3-1 im Vergleich zum Stand der Technik (Hopkins Patent US 4 492 441 ) liegt nicht nur in den maximal erreichbaren Auflösung, es entsteht zusätzlich der Vorteil der hohen Tiefenschärfe (vgl. Stand der Technik: Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 ). Dies ist auf die unterschiedlichen Durchmesser den nutzbaren optisch frei Öffnungen des Fernrohrsystems rechts 3R und links 3L zurückzuführen. Als Konsequenz der ungleichen Durchmesser der Eintrittspupillen 32R und 32L erhält der Benutzer zwei Teilbilder mit unterschiedlicher Auflösung und unterschiedlicher Schärfentiefe. So wird dass Objekt 3-dimensional nicht nur mit der aus der höheren numerischen Apertur folgenden verbesserten Auflösung, sondern auch mit der aus der geringeren Apertur folgenden Schärfentiefe wahrgenommen. Die 6AA zeigt, dass die Auflösung des Fernrohrsystems rechts 3R in X-Richtung kleiner wird, als die Auflösung in Y-Richtung. Die Auflösung des Fernrohrsystems links 3L wird in X- und Y-Richtung gleichzeitig maximal.
Beschreibung der Erfindung 3-2: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 3-2 besteht aus einem mobilen CMO Objektiv 2, das auf eine Schiebeeinheit montiert ist. Die Schiebeinheit ermöglicht zwei diskrete Positionen: Eine erste Position: stereomikroskopische Anwendung: hier ist das mobile CMO Objektiv 2 wie in 6A positioniert.
Eine zweite Position: makroskopische Anwendung: hier ist das mobile CMO Objektiv 2 wie in 6B positioniert.
Wie bei 6A besteht die Erfindung nach 6B aus einem Fangoptiksystem 5, welches auf unterschiedliche Art konstruiert sein kann. Das Fangoptiksystem 5 kann mit den folgenden optischen Elementen einzeln oder zusammen kombiniert werden:
Mit Spiegeln 7 (8A) und/oder mit Prismen (9A) und/oder mit Strahlenteilern (10A, oder 11A/12A). Im Unterschied zu den Erfindungen 1-2 und 2-2 ist das Fangoptiksystem 5 jetzt fest fixiert. Nur das CMO Objektiv 2, welches auf eine Schiebeeinheit montiert ist, kann sich entlang der X-Stereobasisrichtung bewegen.
Wenn sich das CMO Objektiv 2 am Anschlag in der „linken” Position befindet (6A: optische Achse 11a des CMO Objektivs 2 versetzt um dem Abstand b/2 von der optische Achse 33R des Fernrohrsystems rechts 3R), wird das Gerät als Stereomikroskop verwendet. Hierbei ergibt sich eine große Vignettierung des Fernrohrsystems rechts (6AA) und eine unsymmetrische Auflösung im Bild des Fernrohrsystems rechts je nach X- oder Y-Richtung.
Wenn sich das CMO Objektiv 2 am Anschlag in der „rechten” Position (6B) befindet, überlagern sich die optischen Achsen 11a des CMO Objektivs und 33R des Fernrohrsystems rechts 3R. Nun wird das CMO Objektiv 2 in Kombination mit dem Fernrohrsystem rechts für eine Makroskop Anwendung verwendet.
6B beschreibt schematisch eine achte Ausführungsform der Erfindung.
Die Anordnung nach 6B wird gewählt, wenn auf eine stereoskopische Betrachtung verzichtet werden kann. Dieser Fall trifft insbesondere dann zu, wenn Bilder mit hoher Vergrößerung und hoher Auflösung an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als günstig, das CMO Objektiv 2 relativ zu den Fernrohrsystemen 3L und 3R verschiebbar anzuordnen. Die laterale Verschiebbarkeit des Fangoptiksystems läuft in X-Richtung der Stereobasis.
Somit ist ein Wechsel zwischen den verschiedenen Positionen leicht möglich. Bei dieser Anordnung (6B) wird das Stereomikroskop als Makroskop verwendet.
Bei dieser „zentrischen Anordnung” fallen die optischen Achsen 11a des CMO Objektivs 2 und 33R des Fernrohrsystems 3R zusammen (WR = 0). Der grosse Vorteil dieser Anordnung ist, dass ein zum CMO Objektiv 2 zentrisch platziertes Objekt (z. B. eine Nadel) ohne schräge Betrachtung von der Seite betrachtet erscheint, weil diese Nadel unter dem Betrachtungswinkel WR = 0 angeschaut ist. Der Vorteilhafte dieser zentrierten Anordnung liegt in dem Entfall der Parallaxe Fehler (WR ≠ 0) (vgl. Erfindung 3-1). Dieser neue Makroskop kann folglich für messtechnische Anwendung eingesetzt werden.
6BB zeigt eine schematische Darstellung der nutzbaren optisch freien Öffnung des Fernrohrsystems 3L und 3R des Stereomikroskops nach der Erfindung 3-2, Die nutzbare optisch freie Öffnung des Fernrohrsystems links 3L existiert noch, aber mit einer großen Vignettierung (größer als 50% den Oberfläche den Eintrittspupille 32L). Hierbei verliert man die stereoskopische Betrachtung nicht, der Helligkeitsunterschied zwischen dem Stereokanal rechts und links wird maximal. Dieser Helligkeitsunterschied kann durch die Einsatz eines neutralen Density Filter 36 oder 37 kompensiert werden. Nun ist auch die Stereobasis maximal wie bei der Erfindung 2-3 13B und bringt eine gute räumliche Information (3D Effekt).
Die Erfindung 2-2 unterscheidet sich zum Stand der Technik (Leica Patent DE 10 2006 36 300 B4 , 4AA), weil die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3UR den gleichen oder ähnlichen Durchmesser wie die Austrittspupille des CMO Objektivs 2 hat. Die nutzbare optische freie Öffnung des Fernrohrsystems 3R hat jetzt eine leichte Vignettierung aufgrund der Obstruktion des Fangoptiksystems 5 am Rand des CMO Objektiv 2.
Hieraus resultiert eine extreme Auflösungsverbesserung. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Auflösung des CMO Objektivs 2 in der Kombination mit dem Fernrohrsystem 3R zu verwenden.
Die 6BB zeigt, dass die Auflösung des Fernrohrsystems rechts 3R in X-Richtung im Vergleich zur Auflösung in Y-Richtung verringert ist. Zugleich ist die Auflösung des Fernrohrsystems links 3L in X-Richtung ca. 50% der Auflösung in Y-Richtung.
Beschreibung der Erfindung 3-3: (siehe Zusammenfassungstabelle)
Die Erfindung 3-3 besteht aus einem teilweisen stufenlosen mobilen Fangoptiksystem 5 (15A/15B/15C) kombiniert mit der Erfindung 3-1 (vgl. 6A).
Die 15A/15B/15C zeigen schematisch eine neunte Ausführungsform der Erfindung.
Der Übergang vom Makroskop zum Stereomikroskop wird durch die Abbildungen (15A/15AA/15B/15BB/15C/15CC) verdeutlicht.
Der Zustand von 15A/15AA entspricht einem Makroskop mit einer leichten Vignettierung.
Der Zustand von 15B/15BB beschreibt ein Stereomikroskop mit minimierter Vignettierung, zugleich mit maximaler Stereobasis b.
Im Zustand von 15C/15CC entspricht dies einem Stereomikroskop mit „sollständiger” Vignettierung und zugleich mit minimaler Stereobasis b.
Da der Umlenkspiegel 7RM im Gegensatz zum Umlenkspiegel 7LF stufenlos verschiebbar ist, lassen sich somit Modi von Makroskop bis hin zu Stereomikroskop verwirklichen.
Das teilweise stufenlos verschiebbare Fangoptiksystem 5 aus (15A/15B/15C) kann unterschiedlicher konstruiert sein und besteht aus:

* einem festen optischen Umlenksystem 7LF (Spiegel wie in 15A gezeichnet) oder ein 90° Prisma (die linke Hälfte des Prisma 6 wie in 9A gezeichnet) welches unter dem Fernrohrsystem links 3L fest montiert ist.
** ein stufenlos, verschiebbares optisches Umlenksystem 7RM [Spiegel 7RM wie im 15A gezeichnet, oder ein 90° Prisma (die rechte Hälfte des Prismas 6 wie im 9A gezeichnet) oder ein Strahlteiler 8 wie im 10A gezeichnet], der unter dem Fernrohrsystem rechts 3R variabel und stufenlos einstellbar ist.

Bei dieser neunten Ausführungsform 3-3 (15A/15B/15C) der Erfindung ist das CMO Objektiv so positioniert, dass die optische Achse des CMO Objektivs 2 mit einen Abstand CAD von der optische Achse 33R des Fernrohrsystems 3R in Richtung Fernrohrsystem links 3L platziert ist. Dies bedeutet, dass die Austrittspupille 13 des CMO Objektivs nicht innerhalb des Durchmessers der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts ist, sondern überlappend. Diese Vignettierung ist in den 15AA/15BB/15CC ersichtlich. Die nutzbare freie Öffnung des Fernrohrsystems 3R hat eine grob elliptische Form ähnlich eines „Katzenauges”. Man erreicht die theoretische Auflösung in Y-Richtung aber keinesfalls in X-Richtung.
15A, Startstelle: Das mobile Umlenksystem 7RM ist ausserhalb der nutzbaren freien Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R. Die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems 3L ist mit dem mobilen Unenksystem 7RM abgedeckt (15AA). Somit entfällt die stereomikroskopische Anwendung. Die Eintrittspupille 32R hat keine Vignettierung (vgl. 15AA). Das Fernrohrsystem rechts 3R wird als Makroskop verwendet mit einem leichten Auflösung- und Helligkeitsverlust wegen der katzenaugenförmigen Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R. Die 15AA zeigt, dass die Auflösung des Fernrohrsystems rechts 3R in X-Richtung im Vergleich zur Auflösung in Y-Richtung verkleinert ist.
Die 15B zeigt die mittlere Stellung des mobilen Unlenksystems 7RM, das so positioniert ist, dass ca. 50% der Oberfläche von 32L wegen der Vignettierung nicht verwendbar ist. Der andere 50% Bereich ist für eine stereomikroskopische Anwendung verwendbar (15BB). Die Stereobasis ist jetzt maximal (ca. 3/4 des Durchmessers den Austrittspupille des CMO Objektivs 2) und bringt eine gute räumliche Information (3D Effekt). Der große Helligkeitsunterschied zwischen den beiden Kanälen 3L und 3R kann kompensiert werden wenn man einen neutralen density Filter 36 oder 37 verwendet. Die 15BB zeigt, dass die Auflösung des Fernrohrsystems rechts 3R in X-Richtung im Vergleich zur Auflösung in Y-Richtung verkleinert ist. Zugleich ist die Auflösung des Fernrohrsystems links 3L in X-Richtung ca, 50% der Auflösung in Y-Richtung.
Die 15C zeigt die Endstellung: Hierbei ist das mobile Umlenksystem 7RM so positioniert, dass die optischen Achsen 33L und 11a übereinander liegen. Im Unterschied zur Erfindung 3-3 nach 15B ist die Stereobasis b jetzt minimiert. Mit dieser Konfiguration sind die Betrachtungswinkel WL = 0 und WR ≠ 0. Zudem verliert man, im Unterschied zur Erfindung 2-3 14C, die räumliche Information (3D Effekt) nicht. Die 15CC zeigt, dass die Auflösung des Fernrohrsystems rechts 3R in X-Richtung im Vergleich zur Auflösung in Y-Richtung kleiner sein wird. Hierbei wird die Auflösung des Fernrohrsystems links 3L in X- und Y-Richtung gleich und maximal.
7 zeigt eine schematische Darstellung des CMO Objektivs 2. Die numerische Apertur NA ist gleich der Sinusfunktion des Winkels θ (Gleichung 3). θ ist der Winkel zwischen der optische Achse 33R (resp. 33L) des Fernrohrsystems 3R (resp. 3L) und des Randstrahlgangs 61R (resp. 61L).
Um die numerische Apertur zu berechnen, kann man die Gleichung 2 verwenden. Wobei EP den Durchmesser der Eintrittspupille (32L oder 32R) des Fernrohrsystems (3L oder 3R) und f die Brennweite des CMO Objektivs (Abstand 12) in 7 bezeichnet.
Die 7 zeigt den Bereich 5L in dem das Fangoptiksystem 5 positioniert sein kann. Diese Bereich liegt zwischen dem CMO Objektiv 2 und dem Fernrohrsystem rechts 3R. Die Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R kann über oder unter der Austrittspupille 13 des CMO Objektivs 2 positioniert sein. Hierbei kann die Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts 32R innerhalb des Bereichs 9R in der Position variieren. Diese Variation ist abhängig von der Vergrößerung des Zooms des Fernrohrsystem rechts 3R. Hierbei ist wichtig dass der Abstand zwischen dem CMO Objektiv 2 und dem Fernrohrsystem rechts 3R minimiert ist.
8A zeigt eine schematische Darstellung des Fangoptiksystems 5. In dieser Ausführungsform ist das Fangoptiksystem 5 mit zwei parallel stehenden und um 45° geneigten Umlenkspiegeln 7 versehen. Hierbei ist die Form der Spiegel nicht relevant.
8B zeigt die Draufsicht der 8A. Hierbei wird die Obstruktion ersichtlich. Es zeigt sich, dass die am meisten geeignete Form des Spiegels 7 des Fangoptiksystems 5 die elliptische Form ist. Mit diese Form wird die Obstruktion und die Vignettierung des Fernrohrsystem rechts 3R minimal.
9A zeigt eine schematische Darstellung des Fangoptiksystems 5. In dieser Ausführungsform ist das Fangoptiksystem 5 mit einem Rhomboid-Prisma (Off-Set Prisma) 6 kombiniert. Die geometrische Konturform dieses Prisma 6 ist nicht relevant.
9B zeigt die Draufsicht von 8A. Hierbei wird die Obstruktion ersichtlich. Es zeigt sich, dass die am meisten geeignete Form des Spiegels 7 des Fangoptiksystems 5 eine Halbkreis-Form ist. Mit diese Form wird die Obstruktion und die Vignettierung des Fernrohrsystem rechts 3R minimal.
10A zeigt die schematische Darstellung des Fangoptiksystems 5. In dieser Ausführungsform besteht das Fangoptiksystem 5 aus einer Kombination eines Spiegels 7 und eines Strahlteilersystems 8. Dieses Strahlteilersystem 8 kann als Strahlteilerwürfel (10A) oder als Strahlteilerfenster (11A) gebaut sein. Das Strahlteilersystem hat den Vorteil, dass keine Obstruktion bzw. Vignettierung mehr auftritt. Der Strahlengang mit einer Abschwächung der Helligkeit wird in Richtung des Fernrohrsystem links 3L umgelenkt. Zugleich wird die restliche Intensität ohne Ablenkung in Richtung des Fernrohrsystems rechts 3R geleitet. Diese Lösung eignet sich, um ein Kompromiss zwischen Helligkeit- und Auflösungsverlust zu finden. Die Differenz zwischen den unterschiedlichen Durchmessern der Eintrittspupille 32L und 32R muss im richtigen Verhältnis liegen, ansonsten wird der Auflösungs- und Tiefenschärfenunterschied zwischen dem Fernrohrsystem rechts und links zu groß. In diesem Fall würde die physiologische Abbildung unmöglich.
Hieraus resultiert, dass der Durchmesser von 32L nicht zu klein werden darf. Wenn der Durchmesser von 32L zu groß gewählt wird, vergrößert sich die Obstruktion und gleichzeitig die Vignettierung. Das Auflösungsvermögen verringert sich. Mit einem Strahlteilersystem verliert man an Intensität des Fernrohrsystems 3L. Das Auflösungsvermögen des Fernrohrsystems 3R bleibt bestehen, da man die Obstruktion und die Vignettierung des Fernrohrsystems 3R verhindert. Wegen des Helligkeitsunterschiedes der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R besteht die Möglichkeit einen Spezialfilter 36 in dem Parallelstrahlengang vor oder nach dem Fangoptiksystem 5 einzusetzen. Die Eigenschaft dieses Filters wird anhand der 11BF und 12BF aufgezeigt. Die geometrische Konturform des Prismas 6 ist nicht relevant.
14B ist die Draufsicht von 8A. Hierbei wird die Obstruktion ersichtlich. Die geometrische Konturform des Spiegels 7 ist elliptisch und die des Strahlteilers 8 zylindrisch. Mit dieser Form des Strahlteilers wird die Obstruktion und die Vignettierung des Fernrohrsystem rechts 3R minimal.
11A und 12A zeigen eine schematische Darstellung des Fangoptiksystems 5. In dieser Ausführungsform besteht das Fangoptiksystem 5 aus einer Kombination eines Prismas 6B und einem Strahlteilersystem 8. Bei dieser besonderen Lösung ist die Strahlteilerbaugruppe (Prisma 6B + Strahlteiler 8) größer als die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R und die der Austrittspupille des CMO Objektivs 2.
11A verdeutlicht die Einbauposition der Strahlteilerbaugruppe (6B + 8) in der stereomikroskopischen Stellung der Erfindung 1-1 (4A), der Erfindung 2-1 (5A), oder der Erfindung 3-1 (6A). Die Strahlteilerbaugruppe hat den Vorteil dass keine Obstruktion oder Vignettierung mehr vorhanden ist. Der Strahlgang mit einer Abschwächung der Helligkeit wird im Richtung des Fernrohrsystems links 3L umgelenkt. Die restliche Intensität wird ohne Ablenkung an der Fernrohrsystem rechts 3R geleitet.
Diese Lösung eignet sich um einen Kompromiss zwischen Helligkeit- und Auflösungsverlust zu finden. Die Differenz zwischen den unterschiedlichen Durchmessern der Eintrittspupille 32L und 32R muss im richtigen Verhältnis liegen, ansonsten wird der Auflösungs- und Tiefenschärfenunterschied zwischen dem Fernrohrsystem rechts und links zu groß. In diesem Fall wäre eine physiologische Abbildung unmöglich.
Es bedeutet dass der Durchmesser von 32L größer sein muss. Als eine Folge hiervon werden die Obstruktion und die Vignettierung größer.
Gleichzeitig wird das Auflösungsvermögen geringer. Mit dieser Strahlteilerbaugruppe verliert man an Intensität von 3L aber nicht an Auflösungsvermögen von 3R. Uhrsächlich wird dass durch die Obstruktion und die Vignettierung von 3R verhindert. Wegen dem Helligkeitsunterschied der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R gibt es, die Möglichkeit ein Spezialfilter 36 in dem Parallelstrahlgang vor oder nach dem Fangoptiksystem 5 einzusetzen. Die optische Eigenschaft dieses Filters wird durch 11CF und 12CF illustriert.
12A zeigt die Strahlteilbaugruppe (6B + 8) in der makroskopischen Stellung der Erfindung 1-2 (4B), der Erfindung 2-2 (5B), oder Erfindung 3-2 (6B).
Die Anordnung nach 12A wird gewählt, wenn auf das stereoskopische Betrachten verzichtet werden kann. Dies gilt insbesondere dann wenn Bilder mit hoher Vergrößerung und mit hoher Auflösung an eine Dokumentationsschnittstelle ausgegeben werden sollen.
Nur das CMO Objektiv 2, welches auf eine Schiebeeinheit montiert ist, kann sich entlang den X-Stereobasisrichtung bewegen.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als günstig, die Strahlteilerbaugruppe die auf einer Schiebeeinheit montiert ist, entlang der X-Stereobasisrichtung zu bewegen. Somit kann zwischen den verschiedenen Anordnungen leicht variiert werden. In dieser Anordnung (12A) wird das Stereomikroskop als Makroskop verwendet. Wegen der großen Länge dieser Strahlteilerbaugruppe ist es möglich, für die makroskopische Stellung die lokale Helligkeitsabschwächung des Strahlgangs zu verhindern. Dies wird durch die laterale Verschiebung ermöglicht. Die geometrische Konturform von dieser Strahlteilerbaugruppe ist nicht relevant.
11B ist die Draufsicht von 11A wenn die Strahlteilbaugruppe (6B + 8) in der stereomikroskopischen Stellung der Erfindung 1-1 (4A), der Erfindung 2-1 (5A), oder der Erfindung 3-1 (6A) ist.
12B ist die Draufsicht von 12A wenn die Strahlteilbaugruppe (6B + 8) in der makroskopischen Stellung der Erfindung 1-1 (4A), der Erfindung 2-1 (5A), oder der Erfindung 3-1 (6A) ist.
Die 11AF und 12AF zeigen eine schematische Darstellung des Fangoptiksystems 5 mit einem Spezialfilter 36. Wegen des Helligkeitsunterschieds in der Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R besteht die Möglichkeit ein Spezialfilter 36 in dem Parallelstrahlgang vor oder nach dem Fangoptiksystem 5 einzusetzen. Die Eigenschaft dieses Filter wird anhand 11CF und 12CF erläutert. In dieser Ausführungsform besteht das Fangoptiksystem 5 aus einer Kombination eines Prisma 6B und einem Strahlteilersystem 8. Bei dieser besonderen Lösung ist die Strahlteilerbaugruppe (Prisma 6B + Strahlteiler 8) größer als die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R und grösser als die Austrittspupille des CMO Objektivs 2. Der Aufbau dieser Strahlteilerbaugruppe wird anhand 11A/11B/12A/12B erläutert. Die 11AF besteht aus einer Kombination der 11A und einem Spezialfilter 36 für die stereomikroskopische Anwendung. Die 12AF besteht aus einer Kombination der 12A und einem Spezialfilter 36 für die makroskopische Anwendung.
Dieser Filter 36 kann unterschiedlich konstruiert sein. Eine Ausführungsform besteht aus einem strukturierten Filter, das direkt auf die Strahlteilerbaugruppe durch eine Beschichtung aufgebracht wird. Eine weitere Ausführungsform besteht aus einer plan parallelen Glassplatte, gefertigt aus einem neutralen Density Glas mit einem bestimmten Abschwächungswert. Dieses neutrale Density Glasfilter hat eine bestimmte Grundtransmission t. Diese ist so gewählt, dass der Helligkeitsunterschied zwischen dem Fernrohrsystem links 3L und dem Fernrohrsystem rechts 3R kompensieren werden kann. Dies ist möglich, wenn das Fangoptiksystem aus einer Strahlteilerbaugruppe besteht.
Das Filter hat vier verschiedene optische Stellen. Die Stellen B1 und B2 haben einen Durchmesser gleich oder größer als die Eintrittspupille 32L des Fernrohrsystems links 3L. Die Stellen B1 und B2 lassen das Licht ohne optische Abschwächung durch (100% Transmission). Diese Transmission wird durch das Anbringen von zwei Löchern mit einem Durchmesser 32L in einer neutral Density Glasplatte erreicht.
Die Stelle B3 hat eine Grundtransmission t und einen Durchmesser gleich oder größer als die Eintrittspupille 32R des Fernrohrsystems rechts 3R. Man kompensiert so den Helligkeitsunterschied innerhalb des Strahlengangs des Fernrohrsystems 3R zwischen dem Bereich mit Strahlteiler (B2 für 3L) und dem Bereich ohne Strahlteiler (B3 für 3R).
Wenn man von der stereomikroskopischen Funktion (11AF/11BF/11CF) zur makroskopischen Funktion (12AF/12BF/12CF) übergeht, schiebt man seitlich das Fangoptiksysteme 5 (besteht aus 6B + 8) und dem neutral Density Spezialfilter 36 ein. Nach dieser Verschiebung fällt das Licht ohne optische Abschwächung durch den Bereich B4. Diese 100% Transmission durch B4 wird durch das Anbringen eines Loches mit einem Durchmesser 32R in einer neutral Density Glasplatte verwirklicht.
Bezugszeichenliste

1: Objektebene
1a: Objekt
1b: Objektzentrum
2: CMO Objektivs («CMO» = Common Main Objective)
3R: Fernrohrsystem rechts
3L: Fernrohrsystem links
3UR: Unsymmetrisches Fernrohrsystem rechts
4R: Einblickeinheit rechts
4L: Einblickeinheit links
5: Fangoptiksystem
5L: Rauminhalt wo das Fangoptiksystem 5 positioniert sein kann
6: Prisma
6B: Prisma
7: Spiegel
7LF: Spiegel links fest
7RM: Spiegel rechts mobil
8: Strahlteilersystem
9R: Positionierung der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts
10R: Position der Eintrittspupille des Fernrohrsystems rechts
11: Senkrechte
11a: Optische Achse des CMO Objektivs
12: Brennweite des CMO Objektivs 2
13: Durchmesser der Austrittspupille des CMO Objektivs 2
14: Freier optischer Durchmesser im Ausgang des CMO Objektivs 2
15: Vignettierung aufgrund des Fangoptiksystems des Fernrohrsystems links
20: Prisma
21: Prismenblock: Strahleiterwürfel + Prisma
31R: Irisblende recht, optisches Element
31L: Irisblende links, optisches Element
32R: Durchmesser Eintrittspupille rechts
32UR: Optischer Durchmesser Eintrittspupille rechts vor Dezentrierung
32L: Durchmesser Eintrittspupille links
33R: optische Achse des Fernrohrsystems 3R
33L: optische Achse des Fernrohrsystems 3L
33RM: Mechanische Achse des Fernrohrsystems 3UR oder 3R
35R: optisches Element, Linsenglied rechts
35L: optisches Element, Linsenglied links
35UR: unsymmetrisches optisches Element, Linsenglied rechts
36: Neutral density Filter für Fangoptiksystem mit Strahlteiler gebaut
37: „neutral density” Filter für Fangoptiksystem mit Spiegel oder Prisma gebaut
41R: Tubuslinse rechts
41L: Tubuslinse links
42R: Zwischenglied rechts
42L: Zwischenglied links
42a: Punkt
43R: Umkehrsystem rechts
43L: Umkehrsystem links
50: Zylinder
50a: Achse des Zylinders
51R: Okular rechts
51L: Okular links
52R: Auge rechts
52L: Auge links
55: Dokumentationsport
56: Strahlenteiler
57: Dokumentationseinrichtung
60: Stereomikroskop
60R: Strahlengang rechts
60L: Strahlengang links
61R: Randstrahlen rechts
61L: Randstrahlen links
65: Binokulartubus
71: Basis
72: Fokussäule
73: Fokusarm
74: Verstellelemente
T: Schärfentiefe
t: Grundtransmission
NA: Numerische Apertur
b: Stereobasis (Abstand zwischen 33R und 33L)
R: Rechts
L: Links
WR: Beobachtungswinkel rechts
WL: Beobachtungswinkel links Numerische Apertur Winkel
f: Brennweite von CMO Objektiv
A: Sicht Ebene A
E: Sicht Ebene E
C: Abstand zwischen 33L und 11a
OAD: Off-Axis Distanz zwischen 11a und 33R

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006036300 B4 [0004, 0010, 0011, 0023, 0031, 0032, 0036, 0038, 0039, 0040, 0044, 0054, 0055, 0118]
US 4492441 A1 [0017, 0026]
US 4492441 A [0038, 0038]
US 4492441 [0057, 0058, 0124, 0125, 0126, 0127, 0128, 0140, 0181, 0225]
DE 10200636300 B4 [0108, 0109, 0110, 0112, 0112, 0123, 0124, 0129, 0138, 0140, 0155, 0167, 0179, 0181, 0194, 0211, 0222, 0225, 0236]

Claims

Hochleistungs-Stereomikroskop (60) vom Teleskop-Typ mit einem ersten Strahlengang (60R) und einem zweiten Strahlengang (60L), wobei im ersten Strahlengang (60R) eine erste Einblickeinheit (4R) und im zweiten Strahlengang eine zweite Einblickeinheit (4L) für den visuellen Einblick angeordnet ist, und im ersten Strahlengang (60R) eine erstes Fernrohrsystem (3R oder 3UR) und im zweiten Strahlengang ein zweites Fernrohrsystem (3L) angeordnet ist, und die Vergrößerungen beider Fernrohrsysteme (3R oder 3UR, und 3L) annähernd gleich und zueinander veränderbar sind, und den beiden Strahlengängen (60R, 60L) ein CMO-Objektiv (2) zugeordnet ist, wobei das erste Fernrohrsystem (3R) eine größere Eintrittspupille (32R oder 32UR) als die Eintrittspupille des zweiten Fernrohrsystems (32L) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittspupille (32R oder 32UR)) des ersten Fernrohrsystems (3R) die Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) ganz oder teilweise einschließt.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine feste und/oder eine mobile optische Baugruppe (5) einen Teil der das CMO-Objektiv (2) durchsetzenden und in das erste Fernrohrsystem (3R) eintretenden Strahlen in das zweite Fernrohrsystem (3L) ablenkt.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (die Weite) der Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) größer ist als das 0,5-fache des Durchmessers (Weite) der Austrittspupille (13) des CMO Objektivs (2).
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (Weite) der Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) größer ist als das 1,3-fache des Durchmessers (Weite) der Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L).
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) die Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) mindestens bis zu 30% einschließt.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) sich in die Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) „umwandelt”, dass die Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) konzentrisch mit der Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) (Stereobasis null) ist, bis die Eintrittspupille (32L) des zweiten Fernrohrsystems (3L) komplett außerhalb der Eintrittspupille (32R) des ersten Fernrohrsystems (3R) (Obstruktion null) ist, um die volle Auflösung von CMO Objektiv zu erhalten (Makroskopmodus).
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fangoptiksystem (5) für das zweite Fernrohrsystem (3L) mit der kleinsten Eintrittspupille (32L) zwischen dem CMO Objektiv (2) und dem ersten Fernrohrsystem (3R) mit der größten Pupille (32R) positioniert ist.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fangoptiksystem (5) wahlweise durch eines oder mehrere der folgenden Elemente verwirklicht ist: einem Prisma (6) und/oder einem Spiegel (7) und/oder einem Strahlenteiler (8).
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fangoptiksystem (5) fest montiert ist (4A/5A/6A) und/oder komplett verschiebbar (2 Position)(4B/5B) ist und/oder eine Hälfte kontinuierlich verschiebbar ist, um die Stereobasis b einzustellen (13A/13B/13C oder 14A/14B/14C oder 15A/15B/15C).
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (37) im kollimatierten Strahlgang des ersten Fernrohrsystems (3R) eingesetzt ist, um die unterschiedliche Intensität zwischen dem zweiten Fernrohrsystem (3L) und dem ersten Fernrohrsystem (3R) zu kompensieren.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fangoptiksystem (5) mit einem Strahlenteiler (8) arbeitet und dass ein neutral density Filter (36) im kollimatierten Strahlengang vor dem ersten Fernrohrsystem (3R) eingesetzt ist.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das CMO Objektiv (2) auf einer Schiebeeinheit montiert ist und sich entlang der X-Stereobasisrichtung bewegt.
Hochleistungs-Stereomikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fernrohrsystem (3R) als Makroskop für die Dokumentation verwendbar ist.